DE112014003296T5

DE112014003296T5 - Waschmaschine

Info

Publication number: DE112014003296T5
Application number: DE112014003296.4T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiko Asada; Mitsuhide Higashi; Hajime Nojima; Youko Hori; Koji Kameda
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-07-18
Filing date: 2014-07-16
Publication date: 2016-04-21
Also published as: CN105378174B; CN105378174A; WO2015008486A1

Abstract

Bereitgestellt wird eine Waschmaschine enthaltend eine Trommel (106) zum Halten von Wäsche (105) und einen Elektromotor (109) versehen mit Permanentmagneten (100, 101) und Dreiphasen-Wicklungen (102, 103, 104) zum Antreiben der Trommel (106). Die Waschmaschine enthält außerdem eine Klappe, die eine Öffnung der Trommel (106) öffnet und schließt, und eine Klappen-Verriegelungseinheit, die die Klappe verriegelt. Die Waschmaschine enthält außerdem einen Inverter-Schaltkreis (117), der elektrische Energie von einer DC-Energiequelle (144) empfängt und unter Verwendung einer Vielzahl von Schaltelementen (111, 112, 113, 114, 115, 116) dem Elektromotor (109) Strom zuführt. Die Waschmaschine enthält außerdem einen Controller (118), der eine Ein-Aus-Steuerung der Schaltelemente (111, 112, 113, 114, 115, 116) durchführt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Waschmaschine, die eine Trommel hat, die Wäsche enthält, und eine vertikale oder horizontale Rotationsachse, und angehalten wird während einer Anwendung einer Bremsung.
STAND DER TECHNIK
Üblicherweise führt ein Invertergerät verwendet für eine Waschmaschine eine Detektion aus mit einer Rotorpositions-Detektionseinheit eines Motors, wie einem Hall IC, und detektiert die Rotation des Motors mit einer Rotorpositions-Detektionseinheit oder einer Gegen-Elektromotorische-Kraft-Detektionseinheit. Bei einer Detektion der Rotation eines Motors mit der Rotorpositions-Detektionseinheit oder der Gegen-Elektromotorische-Kraft-Detektionseinheit außer während des Antreibens des Motors führt das Invertergerät eine Kurzschlussbremsung durch.
Die 51 ist ein Schaltkreisdiagramm einer konventionellen Waschmaschine (siehe beispielsweise Patentliteratur 1).
Der Inverter-Schaltkreis 941, der einer Wicklung des Motors 940 Strom zuführt, der konventionellen Waschmaschine hat Schaltelemente 942 bis 947, die mit dem Controller 948 gesteuert werden, um ein/aus zu sein.
Um einen durch die Windung des Motors 940 fließenden Strom zu detektieren, enthält die konventionelle Waschmaschine Shunt-Widerstände 950, 951 und Verstärkungs- / Vorspannungsschaltkreise 952, 953 enthaltend einen Operationsverstärker und dergleichen. Ausgangssignale von den Verstärkungs- / Vorspannungsschaltkreisen 952, 953 werden in den Controller 948 eingegeben, und Stromwerte der U-Phase und der V-Phase werden detektiert. Der Stromwert der W-Phase wird auch berechnet aus den Stromwerten der U-Phase und der V-Phase. Somit werden Ströme aller drei Phasen detektiert.
Bei einem Überstrom wird auch ein Überstrom-Detektionssignal von der Überstrom-Detektionseinheit 956 durch Dioden 954, 955 in den Controller 948 eingegeben.
Die 52 ist ein Flussdiagramm der konventionellen Waschmaschine, wenn diese gestartet wird. Der Prozessfluss verläuft von der Inbetriebnahme (Schritt S960) zum Kurzschließen (Schritt S961), wo drei Phasen der Wicklungen des Motors 940 kurzgeschlossen sind.
In dem nächsten Schritt des Anhaltens eines Rotors (Schritt S962) wird ermittelt, ob oder ob nicht die von der Strom-Detektionseinheit zu detektierenden Wicklungsströme zwischen drei Phasen oder mehr übereinstimmen. Wenn sie übereinstimmen, wird ermittelt, dass der Motor 940 angehalten ist.
Danach schreitet der Prozess fort zum Positionieren (Schritt S963), der forcierten Kommutierung (S964) und dem stationären Betrieb (S965). Somit geht die Waschmaschine von der Inbetriebnahme zum stationären Betrieb über.
Die 53 ist ein Wicklungsstrom-Wellenform-Diagramm während einer Kurzschlussbremsung, wenn die konventionelle Waschmaschine in Betrieb ist.
Während des Betriebs stimmen die Momentanwerte der Ströme der drei Phasen nicht überein, obwohl die Werte von Strömen von zwei Phasen aus den Strömen von drei Phasen übereinstimmen mögen. Somit wird ermittelt, dass die Waschmaschine angehalten ist an dem Punkt, an dem die Stromwerte der drei Phasen übereinstimmen.
Obwohl nicht dargestellt, wird auf einen Stromdetektionswert einer Phase zweimal oder öfter Bezug genommen während eines Intervalls, das kürzer ist als ein Zyklus einer Strom-Wellenform, und wenn sie übereinstimmen, wird ermittelt, dass die Waschmaschine angehalten wurde.
Wenn allerdings mit der konventionellen Konfiguration Rauschen die Stromdetektionswerte beeinflusst, können die Stromdetektionswerte von drei Phasen übereinstimmen, und zweimal detektierte Stromdetektionswerte einer Phase können übereinstimmen, selbst während des Betriebs. Wenn eine feste Signalspannung wie 0 Volt oder 5 Volt in den Controller eingegeben wird aufgrund eines Ausfalls des Verstärkungs- / Vorspannungsschaltkreises, ist die Bedingung für die Anhalte-Ermittlung erfüllt. Es ist unsicher, eine Klappe der Trommel in diesem Zustand zu öffnen.
Die Patentliteratur 2 bis 5 beschreibt auch Techniken konventioneller Waschmaschinen.
Zitierliste
Patentliteratur

PTL1: ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2005-6453
PTL2: ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2011-5588
PTL3: ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2000-175485
PTL4: ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2012-130111
PTL5: ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2003-275494

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung zielt darauf, die konventionellen Probleme zu lösen, und eine Waschmaschine bereitzustellen, die Sicherheit gewährleisten kann, ohne einen Positionssensor wie einen Hall IC zu verwenden.
Eine Waschmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung enthält: eine Trommel, die Wäsche enthält, einen Elektromotor mit einem Permanentmagneten und Wicklungen von drei Phasen zum Antreiben der Trommel; eine Klappe, die eine Öffnung der Trommel öffnet / schließt; und eine Klappenverriegelungseinheit, die die Klappe verriegelt. Die Waschmaschine enthält weiterhin einen Inverterschaltkreis, der elektrische Energie von einer DC-Energiequelle empfängt, und unter Verwendung einer Vielzahl von Schaltelementen Strom an den Elektromotor liefert; und einen Controller, der eine Ein-Aus-Steuerung der Schaltelemente durchführt. Der Controller enthält eine Stromdetektionseinheit, die Strom detektiert; und eine Geschwindigkeitsberechnungseinheit, die eine Geschwindigkeit des Elektromotors als Antwort auf die Ausgabe der Stromdetektionseinheit berechnet. Der Controller steuert außerdem die Schaltelemente, um eine Eingangsspannung des Elektromotors während einer Bremsperiode der Trommel bei annähernd null zu halten, und ermöglicht ein Öffnen der Klappe durch die Klappenverriegelungseinheit, nachdem die Geschwindigkeit kleiner oder gleich einem vorgegebenen Wert wird.
Damit erlaubt die Waschmaschine einem Benutzer, die Klappe mit hoher Sicherheit zu öffnen, jedoch mit der einfachen und kostengünstigen Konfiguration ohne Positionsdetektor wie einem Hall IC. Da eine Geschwindigkeit, die eine physikalische Größe ist, berechnet wird, kann das Ansprechverhalten auch angepasst werden durch effektives Ausnutzen der Präsenz der Kontinuität einer Geschwindigkeit mit Trägheitsmoment. Dementsprechend kann der Einfluss von Rauschen in dem Ausgang der Stromdetektionseinheit soweit wie möglich eliminiert werden, und selbst wenn die Ausgabe unabhängig von einem tatsächlichen Stromwert festgelegt wird aufgrund einer Fehlfunktion der Stromdetektionseinheit, wird keine fehlerhafte Anhalteermittlung durchgeführt.
Die Waschmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung kann Sicherheit gewährleisten ohne die Verwendung eines Positionsdetektors wie einem Hall IC.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die 1 ist ein Blockschaltbild, das ein Invertergerät gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Die 2 ist ein Blockschaltbild, das eine detaillierte Konfiguration einer zentralen Recheneinheit 135 in dem Invertergerät gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Die 3 ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm, wenn das Invertergerät gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Kurzschlussbremsung durchführt mit einem Anomalie-Detektionssignal.
Die 4 ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm, bevor und nachdem eine Trommel des Invertergeräts gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhält.
Die 5 ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm, wenn das Invertergerät gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in eine Kurzschluss-Bremsperiode eintritt mit einem Brems-Anforderungssignal von einer Sequenz-Erzeugungseinheit in dem Invertergerät.
Die 6 ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm, bevor und nachdem die Trommel anhält, nachdem das Invertergerät gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in die Kurzschluss-Bremsperiode wechselt mit dem Brems-Anforderungssignal des Invertergeräts, wobei das Betriebs-Wellenform-Diagramm hauptsächlich für eine Geschwindigkeitsberechnungseinheit illustriert ist.
Die 7 ist ein Diagramm, das eine interne Konfiguration einer Waschmaschine vom Trommeltyp enthaltend das Invertergerät gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert, gesehen von der Seite.
Die 8 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb illustriert, direkt nachdem eine Energiequelle des Invertergeräts gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingeschaltet ist.
Die 9 ist ein Blockschaltbild, das ein Invertergerät gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Die 10 ist ein Blockschaltbild, das ein Invertergerät gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Die 11 ist ein Blockschaltbild, das eine detaillierte Konfiguration einer zentralen Recheneinheit in dem Invertergerät gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Die 12 ist ein Blockschaltbild, das eine Kurzschlussbremsungs-Steuereinheit in dem Invertergerät gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Die 13 ist ein Graph, der Eingabe- / Ausgabe-Charakteristika eines Funktionsgenerators in dem Invertergerät gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Die 14 ist ein Diagramm, das eine interne Konfiguration des Invertergeräts, genannt eine Waschmaschine vom Trommeltyp, gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert, gesehen von der Seite.
Die 15 ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm, wenn das Invertergerät gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Kurzschluss-Bremszustand ist mit einem Brems-Anforderungssignal.
Die 16 ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm des Invertergeräts gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die 17 ist ein Flussdiagramm, wenn das Bremsen, zum Ende eines Schleuder-Betriebs oder während des Schleuder-Betriebs, begonnen wird gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die 18 ist ein Blockschaltbild, das eine zentrale Recheneinheit in einem Invertergerät gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Die 19 ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm des Invertergeräts gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die 20 ist ein Flussdiagramm, wenn die Bremsung, zum Ende eines Schleudervorgangs oder während des Schleudervorgangs, begonnen wird gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die 21 ist ein Diagramm, das ein Betriebs-Wellenform-Diagramm jeweiliger Komponenten vor und nach einer Stromzufuhrperiode zum Zuführen von Strom zu einem Elektromotor zeigt, nachdem eine Geschwindigkeit einer Trommel beinahe null wird bei der Bremsung gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die 22 ist ein Diagramm, das Phasen von Permanentmagneten des Elektromotors illustriert, in dem Fall, in dem ein Riemen normal ist, und in dem Fall, in dem der Riemen gelöst (oder defekt) ist gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die 23 ist ein Diagramm, das ein Betriebs-Wellenform-Diagramm jeweiliger Komponenten in einem Invertergerät gemäß einer sechsten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert, vor und nach einer Stromzufuhrperiode zum Zuführen von Strom zu einem Elektromotor, nachdem eine Geschwindigkeit einer Trommel zu beinahe null wird bei der Bremsung.
Die 24 ist ein Blockdiagramm, das ein Invertergerät gemäß einer siebten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Die 25 ist ein Blockschaltbild, das eine detaillierte Konfiguration einer zentralen Recheneinheit in dem Invertergerät gemäß der siebten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Die 26 ist ein Blockschaltbild, das eine Kurzschlussbremsungs-Steuereinheit in dem Invertergerät gemäß der siebten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Die 27 ist ein Graph, der Eingangs- / Ausgangs-Charakteristika eines Funktionsgenerators und einen Funktionsgenerator in dem Invertergerät gemäß der siebten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Die 28 ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm, wenn das Invertergerät gemäß der siebten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Kurzschluss-Bremszustand ist mit einem Brems-Anforderungssignal.
Die 29 ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm des Invertergeräts gemäß der siebten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die 30 ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm des Invertergeräts gemäß der siebten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die 31 ist ein Blockschaltbild, das eine Kurzschlussbremsungs-Steuereinheit in einem Invertergerät gemäß einer achten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Die 32 ist ein Graph, der Charakteristika einer Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsgeschwindigkeits-Festlegungseinheit in dem Invertergerät gemäß der achten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Die 33 ist ein Blockschaltbild, das eine Kurzschlussbremsungs-Steuereinheit in einem Invertergerät gemäß einer neunten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Die 34 ist ein Graph, der Charakteristika einer Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsgeschwindigkeits-Festlegungseinheit in dem Invertergerät gemäß der neunten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Die 35 ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm des Invertergeräts gemäß der neunten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn das Invertergerät in eine Kurzschluss-Bremsperiode eintritt.
Die 36 ist ein Blockschaltbild, das eine Kurzschlussbremsungs-Steuereinheit in einem Invertergerät gemäß einer zehnten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Die 37 ist ein Graph, der Charakteristika einer Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsgeschwindigkeits-Instruktionseinheit in dem Invertergerät gemäß der zehnten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Die 38 ist ein Diagramm, das eine interne Konfiguration eines Invertergeräts, genannt eine Waschmaschine vom Trommeltyp, gemäß einer elften beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert, gesehen von der Seite.
Die 39 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb, kurz nachdem eine Energiequelle des Invertergeräts gemäß der elften beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingeschaltet wurde, illustriert.
Die 40 ist ein Blockschaltbild, das ein Invertergerät gemäß einer zwölften beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Die 41 ist ein Diagramm, das einen Stromvektor während einer Kurzschluss-Bremsperiode des Invertergeräts gemäß der zwölften beispielhaften Ausführungsform illustriert.
Die 42 ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm des Invertergeräts gemäß der zwölften beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung während der Kurzschluss-Bremsperiode.
Die 43 ist ein Blockschaltbild, das ein Invertergerät gemäß einer dreizehnten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Die 44 ist ein Flussdiagramm eines Mikrocomputers in dem Invertergerät gemäß der dreizehnten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die 45 ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm des Mikrocomputers in dem Invertergerät gemäß der dreizehnten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die 46 ist ein Diagramm, das den Fall illustriert, in dem eine Länge eines Stromvektors zweimal hintereinander geringer ist als ein vorgegebener Wert in der 45.
Die 47 ist ein Flussdiagramm eines Invertergeräts gemäß einer vierzehnten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die 48 ist ein Graph, der Charakteristika einer Last-Stopp-Schätzeinheit in dem Invertergerät gemäß der vierzehnten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Die 49 ist ein Diagramm, das eine interne Konfiguration eines Schleudergeräts gemäß einer fünfzehnten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert, gesehen von der Seite.
Die 50 ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm des Schleudergeräts gemäß der fünfzehnten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die 51 ist ein Schaltbild einer konventionellen Waschmaschine.
Die 52 ist ein Flussdiagramm der konventionellen Waschmaschine, wenn sie gestartet wird.
Die 53 ist ein Wicklungsstrom-Wellenform-Diagramm während einer Kurzschlussbremsung, wenn die konventionelle Waschmaschine in Betrieb ist.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden untenstehend beschrieben mit Bezugnahme auf die Figuren. Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht durch diese beispielhaften Ausführungsformen beschränkt wird.
ERSTE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
Die 1 ist ein Blockschaltbild, das ein Invertergerät gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Das Invertergerät in der 1 enthält Permanentmagnete 100, 101 und Dreiphasen-Wicklungen 102, 103, 104. Das Invertergerät enthält außerdem eine Trommel 106, die Wäsche 105 enthält, einen Elektromotor 109, der durch die Riemenscheibe 107 und den Riemen 108 rotiert, und sechs Schaltelemente 111, 112, 113, 114, 115, 116. Das Invertergerät enthält außerdem einen Inverterschaltkreis 107, der Wechselströme Iu, Iv, Iw an den Elektromotor 109 liefert, und einen Controller 118, der eine Ein- / Aus-Steuerung der Schaltelemente 111, 112, 113, 114, 115, 116 durchführt. Der Controller 118 enthält die Strom-Detektionseinheit 119, die die Wechselströme Iu, Iv, Iw detektiert, und eine Geschwindigkeits-Berechnungseinheit 120, die eine Geschwindigkeit des Elektromotors 109 als Antwort auf die Ausgabe von der Strom-Detektionseinheit 119 berechnet. Die Strom-Detektionseinheit 119 enthält Shunt-Widerstände 121, 122, 123, die den Strom von jeder der drei Phasen in eine Spannung umwandeln, und einen A/D-Konverter 124, der eine A/D-Konvertierung durchführt während einer Ein-Periode der Schaltelemente 114, 115, 116 an einer Niedrigpotential-Seite. Die Geschwindigkeits-Berechnungseinheit 120 enthält eine Phasenfehler-Detektionseinheit 126, und Verstärker 128 und Integrator 129, die als Variable-Frequenz-Oszillationseinheit 127 dienen.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform werden drei resistive Shunt-Widerstände 121, 122, 123, jeder korrespondierend zu jeder von drei Phasen, als Strom-Detektionseinheit 119 verwendet. Dies wird als Drei-Shunt-Konfiguration bezeichnet. Während der Periode, in der die Schaltelemente 114, 115, 116 auf der Niedrigpotential-Seite eingeschaltet sind, werden an beiden Enden eines jeden Shunt-Widerstands erzeugte Spannungen detektiert. Es ist jedoch akzeptabel, dass Stromwerte Iu, Iv, Iw von drei Phasen mit dem Detektionstiming von einem Shunt-Widerstand detektiert werden, als ein Ein-Shunt bezeichnet. Alternativ kann eine Mehrzahl von Stromsensoren, die in der Lage sind, Stromwerte von einer Gleichstromkomponente zu detektieren, verwendet werden. Diese Konfiguration wird als DCCT bezeichnet.
Der Verstärker 128 hat eine P-Komponente (Proportionalkomponente) und eine I-Komponente (Zeitintegralkomponente) an einem Eingang. Der Verstärker 128 arbeitet in dem Zustand, in dem der Eingang zu dem Verstärker 128, das ist der Ausgang zu der Phasenfehler-Detektionseinheit 126, stetig null ist.
Der Controller 118 enthält eine Niedriggeschwindigkeits-Ermittlungseinheit 130, die ermittelt, dass die Geschwindigkeit des Ausgangssignals ω von der Variable-Frequenz-Oszillationseinheit 127 ausreichend niedrig wird. Die Niedriggeschwindigkeits-Ermittlungseinheit 130 enthält einen Grenzwert-Generator 131 und eine Vergleichseinheit 132.
Der Controller 118 enthält außerdem eine zentrale Recheneinheit 135. Der Controller 118 erzeugt Signale zum Steuern des Inverter-Schaltkreises 117, akzeptiert Ausgangssignale Iua, Iva, Iwa von der Strom-Detektionseinheit 119, akzeptiert Signale ω und θ von der Geschwindigkeits-Berechnungseinheit 120, und akzeptiert ein J-Signal von der Niedriggeschwindigkeits-Ermittlungseinheit 130, zum Beispiel. Der Controller 118 führt digital Prozesse für verschiedene Signale durch.
Der PWM (Pulsweitenmodulation) Schaltkreis 136 empfängt ein Betriebssignal von der zentralen Recheneinheit 135 und gibt ein Signal B aus, gebildet durch das Durchführen einer PWM mit einer dreieckigen Wellenform mit einem Zyklus von 64 Mikrosekunden zu dem Betriebssignal. Die Signale S1 bis S6 von der zentralen Recheneinheit 135 liefern Gate-Signale an die Schaltelemente 111, 112, 113, 114, 115, 116 durch die Schalteinheit 137 und den Ansteuerschaltkreis 138, die vorgesehen sind zwischen der zentralen Recheneinheit 135 und dem Inverter-Schaltkreis 117. Wenn das K Signal von der zentralen Recheneinheit 135 high ist, kommt die Schalteinheit 137 in den in der 1 illustrierten Zustand, so dass die Signale S1 bis S6 zugeführt werden. Andererseits, wenn das K Signal low ist, ist jeder Schalter in der Schalteinheit 137 in der 1 mit der unteren Seite verbunden.
Die DC-Energiequelle 144 enthält eine AC-Energiequelle 141 mit 230 V und 50 Hz, einen Vollwellengleichrichter 142 und einen Kondensator 143. Die DC-Energiequelle 144 führt dem DC-Spannungs-Detektionsschaltkreis 148 in dem Inverter-Schaltkreis 117 eine Gleichspannung VDC zu. Der DC-Spannungs-Detektionsschaltkreis 148 enthält Widerstände 146 und 147. Der Ausgang A von dem DC-Spannungs-Detektionsschaltkreis 148 wird als ein analoges Spannungssignal an die zentrale Recheneinheit 135 ausgegeben. Der Ausgang A wird einer A/D-Konvertierung zugeführt, und in der zentralen Recheneinheit 135 als ein digitaler Wert verarbeitet.
Die 2 ist ein Blockschaltbild, das die detaillierte Konfiguration der zentralen Recheneinheit 135 in dem Invertergerät gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Die zentrale Recheneinheit 135 ist oftmals zusammengesetzt aus einem Ein-Chip-Mikrocomputer. Allerdings kann die Konfiguration enthaltend den externen Teil der zentralen Recheneinheit 135 in der 1 auch mit der Software eines Mikrocomputers implementiert sein. Alternativ können Komponenten, die die zentrale Recheneinheit 135 bilden, mit einigen Hardwaregeräten implementiert sein. Alternativ können sie implementiert sein mit verschiedenen Prozessoren, so wie DSPs. Somit kann die zentrale Recheneinheit 135 implementiert sein mit einem Chip oder mehreren Chips, oder sie kann implementiert sein mit Hardware oder Software.
In der 2 werden die Signale Iua, Iva, Iwa, jeweils korrespondierend zu jedem der Dreiphasen-Ströme Iu, Iv, Iw eingegeben zu einer ersten Koordinatentransformationseinheit 150 zusammen mit einem berechneten Phase θ Signal. Die erste Koordinatentransformationseinheit 150 führt eine Id/Iq-Transformation durch, das bedeutet die Transformation von einem stationären Bezugssystem in ein rotierendes Bezugssystem, unter Verwendung der Gleichung 1, dabei ausgebend Id und Iq. Subtraktionseinheiten 151, 152 sind vorgesehen, von denen jede jeweils einen Fehler zwischen einem festgelegten Wert Idr und Id und einen Fehler zwischen einem festgelegten Wert Iqr und Iq berechnet. Ausgaben der Subtraktionseinheiten 151, 152 werden eingegeben zu Fehler-Verstärkungseinheiten 153, 154, die eine PI-Verstärkung (proportional, integral) anwenden, und Ausgaben daraus werden der Schalteinheit 156 als Vd1 und Vq1 eingegeben. Ausgaben Vd und Vq der Schalteinheit 156 werden einer zweiten Koordinatentransformationseinheit 158 eingegeben zusammen mit dem Phase θ Signal, und eine Transformation von dq-Koordinaten in Dreiphasen-Spannungs-Instruktionswerte Vu, Vv, Vw wird durchgeführt unter Verwendung der Gleichung 2. Spannungs-Instruktionswerte Vu, Vv, Vw werden in die PWM-Einheit 159 eingegeben, und beeinflussen eine Dreiecks-Trägerwelle mit einem 64 µs Zyklus mit einem Verhältnis der Dreiphasen-Spannungs-Instruktionswerte zu dem A Signal. High- und Low-Ansteuersignale S1 bis S6 werden erzeugt basierend auf den Spannungs-Instruktionswerten Vu, Vv, Vw mit dem Vergleich von einem Momentanwert der Trägerwelle und Addition einer Totzeit. [Gleichung 1]
[Gleichung 2]
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform detektiert die Strom-Detektionseinheit 119 Ströme von allen drei Phasen. Wenn allerdings nur Ströme von zwei Phasen unter den Wicklungen 102, 103, 104 von drei Phasen in dem Elektromotor 109 detektiert werden, kann der Strom der verbleibenden einen Phase berechnet werden anhand des Kirchhoffschen Gesetzes. Somit mag die Strom-Detektionseinheit 119 die Ströme von nur zwei Phasen detektieren.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform berechnet die Subtraktionseinheit 160 die Differenz zwischen dem festgelegten Geschwindigkeitswert ωr und ω. Die Fehler-Verstärkungseinheit 161 wendet eine PI-Verstärkung (proportional, integral) auf die Ausgabe von der Subtraktionseinheit 160 an. Eine Idr-Festlegungseinheit 162 ermittelt einen festgelegten Wert Idr von der berechneten Geschwindigkeit ω. Eine Anomalie wird detektiert mit der Kurzschlussbremsungs-Steuereinheit 163 und der Anomalie-Detektionseinheit 165. Eine Verzögerungseinheit 166 gibt ein Z-Signal mit einer Verzögerungszeit von 0,3 Sekunden von dem J-Signal aus. Eine Sequenz-Erzeugungseinheit 167 erzeugt die festgelegte Geschwindigkeit ωr beim Antreiben des Elektromotors 109 und einem Brems-Anforderungssignal B4RQ. Als Antwort auf das Brems-Anforderungssignal B4RQ empfängt die Spannungs-Instruktions-Reduzierungseinheit 168 Vd1 und Vq1 zu Beginn des Übergangs zur Kurzschlussbremsung, und gibt Werte aus, die sich null annähern.
Die Sequenz-Erzeugungseinheit 167 empfängt und überträgt verschiedene Signale verbunden mit dem Betrieb des Elektromotors 109, während des Empfangs und des Sendens von verschiedenen Signalen (Stopp-Knopf-Signal Sstop, Wasserzufluss-Ventil-Signal Skb, Ablauf-Ventil-Signal Shb, Klappenverriegelungssignal Srk, Klappenschließsignal Scl, und so weiter) mit externen Komponenten, um dem Invertergerät zu erlauben, als Waschmaschine zu arbeiten.
Wenn irgendeiner der Absolutwerte der Momentanwerte der Signale Iua, Iva, Iwa in einem Kurzschluss-Zustand 1,7 A übersteigt, setzt die Kurzschlussstrom-Ermittlungseinheit 170 das Cl-Signal auf high, und wenn alle Absolutwerte der Momentanwerte geringer sind als 0,6 A, setzt die Kurzschlussstrom-Ermittlungseinheit 170 das Cs Signal auf high.
Die Idr-Festlegungs-Einheit 162 gibt 0 A als festgelegten Wert Idr aus, in dem Fall, in dem der ω-Wert gleich oder niedriger ist als 400 r/min, was die Geschwindigkeit der Trommel 106 betrifft. In dem Fall, in dem der ω-Wert 400 r/min übersteigt, was die Geschwindigkeit der Trommel 106 betrifft, setzt die Idr-Festlegungs-Einheit Idr < 0 A, und erhöht graduell den Absolutwert von Idr mit dem Anstieg von ω. Somit ist Idr = –5 A wenn der ω-Wert 1200 r/min ist, was die Geschwindigkeit der Trommel 106 angeht. Dies liegt daran, dass eine feldschwächende Steuerung angewendet wird mit hoher Geschwindigkeit.
Die Kurzschlussbremsungs-Steuereinheit 163 steuert den Elektromotor 109 in seinem gebremsten Zustand, wenn etwas Anomales in der Waschmaschine auftritt und bei einem Übergang des Betriebs. Wenn ein Überstrom, eine Überspannung oder exzessive Vibration in jeder Komponente auftritt, empfängt die Kurzschlussbremsungs-Steuereinheit 163 ein Anomalie-Detektionssignal B99RQ von der Anomalie-Detektionseinheit 165 und das Brems-Anforderungssignal B4RQ von der Sequenz-Erzeugungseinheit 167. In diesen Fällen führt die Kurzschlussbremsungs-Steuereinheit 163 eine Gate-Steuerung für die Schaltelemente 111, 112, 113, 114, 115, 116 in dem Inverter-Schaltkreis 117 durch, so dass der Eingang des Elektromotors 109 graduell zum Kurzschlussfall wird, das bedeutet, dass Spannungen zwischen Eingangsanschlüssen der drei Phasen zu beinahe null werden. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird eine Kurzschlussbremsung verursacht sowohl im Fall des Empfangs des Anomalie-Detektionssignals B99RQ und in dem Fall des Empfangs des Brems-Anforderungssignals B4RQ. Allerdings unterscheiden sich die spezifischen Signale an den Inverter-Schaltkreis 117 beträchtlich.
Die 3 ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm, wenn das Invertergerät gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Kurzschlussbremsung mit einem Anomalie-Detektionssignal B99RQ durchführt. Die 3(a) ist ein Wellenform-Diagramm des Anomalie-Detektionssignals B99RQ, die 3(b) ist ein Wellenform-Diagramm des K Signals und die 3(c) ist ein Wellenform-Diagramm von Duty.
Das Brems-Anforderungssignal BRQ in der zentralen Recheneinheit 135 wird high zu einer Zeit T1 von einer Antriebskraft-Laufzeit. Gleichzeitig wird das K Signal von high zu low. Zu diesem Punkt sind IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) der Schaltelemente 111, 112, 113, 114, 115, 116 alle aus, da Duty null ist. Dies ist eine Alle-Aus-Periode von 5 ms.
Während der Alle-Aus-Periode, wenn der Elektromotor 109 mit geringer Geschwindigkeit arbeitet, wird der Strom zu beinahe null. Andererseits, wenn der Elektromotor 109 mit hoher Geschwindigkeit arbeitet (wenn die induzierte elektromotorische Kraft hoch ist), fließt ein regenerativer Strom in Richtung der DC-Energiequelle durch Dioden der Schaltelemente 111, 112, 113, 114, 115, 116.
Das Verhältnis (Duty) der Ein-Zeit der Schaltelemente 114, 115, 116 an der Niedrigpotential-Seite illustriert in (c) ist ein Kurzschluss-Zeitverhältnis. Anschließend an die Alle-Aus-Periode ist die Periode von T2 bis T5 eine Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsperiode, in der sich Duty erhöht. Andererseits bleiben die Schaltelemente 111, 112, 113 an der Hochpotential-Seite aus aufgrund der Tätigkeit der Schalteinheit 137.
Dann, durch T3 und T4, verringert sich die Flanke über die Zeit, also die Erhöhungsgeschwindigkeit des Kurzschluss-Zeitverhältnisses (Duty) mit der Zeit. Die Erhöhungsgeschwindigkeit des Kurzschluss-Zeitverhältnisses (Duty) verringert sich, wenn sich das Kurzschluss-Zeitverhältnis 100 % annähert.
Die Eingangsspannung des Elektromotors 109 wird wiederholt positiv und negativ mit einer induzierten elektromotorischen Kraft erzeugt mit der Rotation als dem Momentanwert. Allerdings wird die Eingangsspannung zwingend zu null während der Kurzschlussperiode, und der Absolutwert wird minimiert.
Dementsprechend wird in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform die Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsperiode von T2 bis T5 eine Spannungs-Reduzierungsperiode, in denen die Schaltelemente 114, 115, 116 gesteuert werden, so dass sich der Absolutwert der Spannung reduziert aufgrund der Erhöhung in der Kurzschlusszeit.
An dem Punkt, an dem Duty bei T5 100 % erreicht, schaltet der Controller 118 die Schaltelemente 114, 115, 116 an der Niedrigpotential-Seite in dem Inverter-Schaltkreis 117 ein. Das Invertergerät geht über in eine Kurzschluss-Bremsperiode nach der Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsperiode, in der sich das Kurzschluss-Zeitverhältnis (Duty) zum Kurzschließen der Eingangsanschlüsse U, V, W der Dreiphasen-Wicklungen erhöht. Während der Kurzschluss-Bremsperiode wird das Kurzschluss-Zeitverhältnis (Duty) beim Maximum gehalten, also 100 %, um Bewegungsenergie einer Last zu absorbieren.
An dem Punkt, an dem Duty 100 % erreicht, bleiben ein paar Volt, die zu dem Spannungsabfall der IGBTs und der Dioden in den Schaltelementen 114, 115, 116 an der Niedrigpotential-Seite und dem Spannungsabfall aufgrund der Verdrahtung des Inverter-Schaltkreises 117 zu dem Elektromotor 109 korrespondieren, als die Eingangsspannung des Elektromotors 109, zum Beispiel. Solche Spannungen sind jedoch innerhalb des Bereichs von annähernd null.
Wie vorstehend beschrieben, kann eine graduelle Erhöhung von Duty, also dem Kurzschluss-Zeitverhältnis, einen Übergangs-Stromsprung verhindern in dem Prozess des Übergangs in die Kurzschluss-Bremsperiode, wobei ein Überstrom verhindert werden kann. Dementsprechend kann ein Ausfall jeder Komponente in dem Inverter-Schaltkreis 117 und eine Fehlfunktion des Elektromotors 109, verursacht durch einen Überstrom, verhindert werden.
Insbesondere in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird die Erhöhungsgeschwindigkeit des Kurzschluss-Zeitverhältnisses graduell verringert. Somit kann der Übergangs-Stromsprung verhindert werden, selbst wenn die Geschwindigkeitsbedingung des Elektromotors 109 zu der Zeit, zu der das Invertergerät in die Kurzschluss-Bremsperiode eintritt, in einem weiten Bereich ist. Dementsprechend, für ein solches Problem, ist die Gestaltung der Erhöhungsgeschwindigkeit von Duty um T2 bis T3 effektiv in dem Zustand, in dem die Geschwindigkeit hoch ist, und die Gestaltung der Erhöhungsgeschwindigkeit von Duty um T4 bis T5 ist effektiv unter dem Zustand, in dem die Geschwindigkeit niedrig ist.
Insbesondere um eine Überspannung zu unterdrücken aufgrund von Regeneration zu der DC-Energiequelle 144 mit hoher Geschwindigkeit, ist es gestaltet, die Erhöhungsgeschwindigkeit des Kurzschluss-Zeitverhältnisses (Duty) um T3 bis T5 zu erhöhen, das ist die spätere Hälfte der Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsperiode. Somit kann eine Überspannung minimiert werden.
Konsequenterweise, unter dem Geschwindigkeitszustand des Elektromotors 109 in einem weiten Bereich, kann ein Überstrom von Leitungsströmen, wenn das Invertergerät in die Kurzschluss-Bremsperiode eintritt, verhindert werden. Überspannung verursacht durch eine Regeneration der DC-Energiequelle 144 kann verhindert werden. Außerdem wird eine Geschwindigkeitsinformation nicht benötigt, wodurch eine kostengünstige Konfiguration implementiert werden kann, ohne das Vorhandensein eines Sensors zur Positionsdetektion und eines Sensors zur Geschwindigkeitsdetektion für den Elektromotor 109. Eine solche Konfiguration wird sensorlose Konfiguration genannt.
Außerdem, selbst in einem Invertergerät, in dem der Elektromotor 109 nicht in eine Richtung rotiert, sondern nach rechts oder links rotiert, so wie einer Waschmaschine, kann die Steuerung zum Übergang in die Kurzschluss-Bremsperiode unabhängig von der Phasensequenz ermöglicht werden.
Die 4 ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm bevor und nachdem die Trommel 106 des Invertergeräts gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhält. Die 4 illustriert eine Betriebs-Wellenform, nachdem eine weitere Zeit seit der in der 3 illustrierten Periode vergangen ist.
Die 4(a) illustriert eine Geschwindigkeit der Trommel 106, die 4(b) illustriert Strom-Wellenformen von Iu, Iv, Iw und die 4(c) illustriert das Cs Signal ausgegeben von der Kurzschlussstrom-Ermittlungseinheit 170.
Die Geschwindigkeit des Elektromotors 109, der in den Kurzschluss-Bremszustand gebracht wurde, verringert sich graduell. Gleichzeitig verringern sich die Frequenzen der Leitungsströme annähernd proportional zu der Geschwindigkeit des Elektromotors 109, und die Amplitude der Leitungsströme verringert sich letztlich auch, und konvergiert zu null zu der Zeit, zu der die Geschwindigkeit des Elektromotors 109 zu null wird.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist der Ausgang der Strom-Detektionseinheit 119 in dem Fall eines Nullstroms ungefähr 2,5 V, das ist beinahe der halbe Wert der 5V-Energiequelle. Die Schaltelemente 114, 115, 116 speichern, vor dem Start des Betriebs, die Werte in ihrem Aus-Zustand als Offset-Werte korrespondierend zum Nullstrom, und behandeln diese Werte als Absolutwerte der Leitungsströme der jeweiligen Phasen.
Die Periode von wenn die Kurzschlussbremsung begonnen wird bis dass der Elektromotor anhält hängt ab von der Geschwindigkeit des Elektromotors 109, einem Trägheitsmoment der Last, Induktanz- und Widerstandswerten des Elektromotors 109, Spannungen (VCE(SAT)) der Schaltelemente 114, 115, 116 in ihrem Ein-Zustand und so weiter zu dem Punkt, an dem die Kurzschlussbremsung begonnen wird. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform detektiert die Strom-Detektionseinheit 119 einen Stromwert, der ein physikalisches Phänomen ist, das aufgrund der Geschwindigkeitsverringerung auftritt, dabei detektierend den Zustand, in dem die Geschwindigkeit ausreichend reduziert ist.
Insbesondere, in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, bei Tja, bei der die Absolutwerte der Momentantwerte der drei Leitungsströme Iu, Iv, Iw alle niedriger als 0,6 A werden, wird das Cs Signal high, und die Geschwindigkeit der Trommel 106 reduziert sich auf ungefähr 7 r/min.
Die Kurzschlussbremsungs-Steuereinheit 163 empfängt das Cs Signal, das high wird, und die Trommel 106 hält von 7 r/min an aufgrund der Weiterführung der Kurzschlussbremsung. Beispielsweise wird ermittelt, dass die Trommel 106 anhält, nachdem eine Verzögerungszeit von 0,15 Sekunden verstrichen ist. Der nächste Prozess notwendig für die Waschmaschine wird gestartet mit der Instruktion von der Sequenz-Erzeugungseinheit 167.
Auf ein perfekteres System zielend kann es so konfiguriert sein, dass die Kurzschlussstrom-Ermittlungseinheit 170 erneut bestätigt, dass die Leitungsströme ausreichend reduziert sind selbst nach Tja, und dann wird das Cs Signal ausgegeben mit einem High-Pegel. Alternativ kann es so konfiguriert sein, dass das Cs Signal ausgegeben wird in High-Pegel mit der Kurzschlussstrom-Ermittlungseinheit 170, wenn der Zustand, in dem Absolutwerte der Momentanwerte der Leitungsströme Iu, Iv, Iw alle geringer als 0,6 A werden, für eine vorgegebene Zeit oder länger anhält.
Wie vorstehend beschrieben kann in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform die Sicherheit mit einer kostengünstigen und einfachen Konfiguration ohne die Verwendung eines Positionssensors oder eines Geschwindigkeitssensors unter Verwendung einer Kurzschlussbremsung und durch eine angemessene Stopp-Ermittlung basierend auf Strom in dieser Periode gewährleistet werden.
Die 5 ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm, wenn das Invertergerät gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in eine Kurzschluss-Bremsperiode eintritt mit einem Brems-Anforderungssignal B4RQ von der Sequenz-Erzeugungseinheit 167 in dem Invertergerät. Die 5(a) illustriert das Brems-Anforderungssignal B4RQ, die 5(b) illustriert Eingangswerte Vq (durchgezogene Linie) und Vd (gestrichelte Linie) der zweiten Koordinatentransformationseinheit 158 und die 5(c) illustriert die berechnete Geschwindigkeit ω (durchgezogene Linie) und die tatsächliche Winkelgeschwindigkeit (gestrichelte Linie).
Während der Antriebskraft-Laufzeit vor T1, zu der das Brems-Anforderungssignal B4RQ ansteigt, kontaktiert die Schalteinheit 156 einen unteren Kontakt. Damit werden die Ausgänge Vd1 und Vq1 von den Fehler-Verstärkungseinheiten 153, 154 mit Vd bzw. Vq verbunden. Insbesondere wird die Stromsteuerung von Id und Iq ermöglicht mit Subtraktionseinheiten 151, 152.
Bei T1, zu der das Brems-Anforderungssignal B4RQ einen High-Pegel annimmt, hält die Spannungs-Instruktions-Reduzierungseinheit 168 innerlich Vd1 und Vq1 fest. Nach T1 verringern sich Absolutwerte von Vd und Vq mit konstanter Spannungsänderungsgeschwindigkeit (dV / dt) über die Zeit. Die Schalteinheit 156 kontaktiert einen oberen Kontakt, wodurch Signale Vd und Vq von der Spannungs-Instruktions-Reduzierungseinheit 168 ausgegeben werden.
In dem Beispiel in der 5 ist bei T1 Vq1 ein positiver Wert, während Vd1 ein negativer Wert ist. Demnach macht die Spannungs-Reduzierungseinheit 168 Vq nahe zu null durch das Verringern von Vq von Vq1, und die Spannungs-Reduzierungseinheit 168 macht Vd nahe zu null durch das Erhöhen von Vd von Vd1. Somit werden Vq und Vd geändert in die Richtung, in der die Absolutwerte verringert werden.
Die 5 illustriert den Fall, in dem der Absolutwert von Vd1 kleiner ist als der Absolutwert Vq1. In dem Reduktionsvorgang mit der Spannungs-Instruktions-Reduzierungseinheit 168 nach T1 werden die Absolutwerte reduziert mit einer konstanten zeitlichen Rate. In der 5(b) sind die Absolutwerte der Flanken nach T1 gleich zwischen Vd und Vq. Bei T2 wird Vd zu null. Bei T3 werden sowohl Vq als auch Vd zu null. Der Absolutwert der Eingangsspannung des Elektromotors 109 reduziert sich zu annähernd null, und der Elektromotor 109 tritt in eine Kurzschluss-Bremsperiode zum Absorbieren der Bewegungsenergie ein.
Die Eingangsspannung des Elektromotors 109 wird ermittelt mit Spannungs-Instruktionswerten Vu, Vv, Vw, die Ausgänge der zweiten Koordinatentransformationseinheit 158 sind. Während der Periode von T1 bis T3 werden die Spannungen gesteuert, so dass sie reduziert werden, mit den Schaltelementen 111, 112, 113, 114, 115, 116 im Lichte der Leitungsspannung. Somit wird diese Periode zu einer Spannungs-Reduzierungsperiode.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform werden Vd und Vq nicht gleichzeitig zu null. Allerdings können nachteilige Effekte verursacht durch den Unterschied in den Kurven Vd und Vq nicht wesentlich auftreten, da die Spannungs-Reduzierungsperiode T1 bis T3 in einer relativ kurzen Periode von ungefähr mehreren 10 Mikrosekunden auftritt. Die Erzeugung eines Überstroms aufgrund des Übergangs-Leitungsstrom-Sprungs oder der Erzeugung einer Überspannung der Gleichspannung aufgrund der regenerativen Leistung zu der DC-Energiequelle 144 tritt nicht auf. Es ist somit kein Problem.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, ausschließlich in der Spannungs-Reduzierungsperiode, ist der Ausgang ω des Verstärkers 128 illustriert in der 5(c) gebunden an die berechnete Geschwindigkeit ω1 bei T1, zu der das Brems-Anforderungssignal B4RQ gestartet wird. Somit kann die Rückmeldungsstabilität gewährleistet werden.
Jede andere Änderung von Vd und Vq während der Spannungs-Reduzierungsperiode kann angewendet werden. Beispielsweise können die Flanken angepasst werden, so dass Vd und Vq gleichzeitig zu null werden.
Alternativ können die Größen (Absolutwerte der Steigungen) der zeitlichen Änderungen von Vd und Vq geändert werden gemäß der Geschwindigkeit des Elektromotors 109 zu dem Punkt, an dem der Elektromotor 109 in die Kurzschluss-Bremsperiode eintritt. Wenn die Steigungen von Vd und Vq gesetzt werden, so dass die Steigungen klein sind bei niedrigen Geschwindigkeiten und die Steigungen groß sind bei hohen Geschwindigkeiten, kann ein Übergangs-Stromsprung (Überstrom) während der Spannungs-Reduzierungsperiode bei jeder Geschwindigkeit verhindert werden, und insbesondere kann die Erzeugung einer Überspannung aufgrund eines regenerativen Stroms zu der DC-Energiequelle bei einer hohen Geschwindigkeit soweit wie möglich verhindert werden.
Die Steigung a von Vd und Vq während der Spannungs-Reduzierungsperiode kann geändert werden. Insbesondere wird die Steigung groß während einer frühen Phase, und wird dann danach verringert, um auf einen weiten Geschwindigkeitsbereich zu reagieren.
In jedem Fall werden die Spannungs-Instruktionswerte Vd und Vq über die Zeit auf null reduziert, wenn das Brems-Anforderungssignal B4RQ einen High-Pegel einnimmt. Somit werden die Schaltelemente 111, 112, 113, 114, 115, 116 in dem Inverter-Schaltkreis 170 gesteuert, so dass der Eingang des Elektromotors 109 während der Spannungs-Reduzierungsperiode graduell zu dem Kurzschluss-Zustand wird, das heißt die Spannungen zwischen Eingangsanschlüssen der drei Phasen werden zu beinahe null. Dann tritt der Elektromotor 109 in die Kurzschluss-Bremsperiode ein, in der die Spannungs-Instruktionswerte Vd und Vq beide null sind und die Eingangsspannung des Elektromotors 109 zu beinahe null wird.
Allerdings kann der Fall auftreten, in dem, selbst wenn die Spannungs-Instruktionswerte Vd und Vq beide zu null werden, die Eingangsspannung des Elektromotors 109 nicht vollständig zu null wird. Insbesondere in dem Fall, in dem eine Dreiphasen-Modulation durchgeführt wird, erhöhen oder verringern sich Potentiale um ein Potential, das die Hälfte der Gleichspannung VDC in einer Totzeit ist gemäß den Polaritäten der Momentanwerte der Leitungsströme Iu, Iv, Iw der jeweiligen Phasen. Außerdem kann ein Spannungsabfall aufgrund der IGBTs und der Dioden auftreten in einem Umfang von ein paar Volt oder weniger.
Diese Spannungen werden in einigen Fällen reduziert unter Verwendung der als Totzeit-Kompensation bezeichneten Konfiguration. Insbesondere in dem Fall der Anwendung auf eine Waschmaschine kann eine Eingangsspannung von mehreren Volt des Elektromotors 109 verbleiben, weil eine Trägerfrequenz relativ hoch ist, wie z. B. ein Dutzend Kilohertz, von dem Standpunkt der Rauschvermeidung. Die Eingangsspannung von mehreren Volt ist allerdings innerhalb des Bereichs von beinahe null.
Die 6 ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm bevor und nachdem der Elektromotor 109 und die als eine Last dienende Trommel 106 anhalten, nachdem eine Zeit vergangen ist, nachdem das Invertergerät gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in die Kurzschluss-Bremsperiode übergeht mit dem Brems-Anforderungssignal B4RQ des Invertergeräts, wobei das Betriebs-Wellenform-Diagramm hauptsächlich für die Geschwindigkeits-Berechnungseinheit 120 illustriert ist. Die 6(a) illustriert eine Wellenform des Leitungsstroms Iu, die 6(b) illustriert die Winkelgeschwindigkeit ω, die 6(c) illustriert die Phase θ von Iu und die 6(d) illustriert eine Wellenform des J-Signals.
Während der Kurzschluss-Bremsperiode fließen die Ströme Iu, Iv, Iw des Elektromotors in beträchtlicher Menge. Daher wird, in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, das Signal Iua der U-Phase aus den Signalen, die durch die Strom-Detektionseinheit 119 fließen, von der Phasenfehler-Detektionseinheit 126 abgerufen, und ein Signal gemäß der Phasendifferenz zwischen der Wellenform des U-Phasen-Stroms Iu und dem Ausgang θ der Variable-Frequenz-Oszillationseinheit 127 wird erzeugt.
Insbesondere wird ein Vergleich der Phasendifferenz von dem Timing des Nullpunkts oder eine Multiplikation von zwei Eingangssignalen angewendet. Eine Art von Phasenregelschleife (PLL), in der der Ausgang zusammengesetzt ist aus einer Kontrollschleife mit Verstärker 128 und Integrator 129, wird gebildet. Damit wird, währen der Kurzschluss-Bremsperiode, eine Phase-θ-Synchronisation mit der Phase von Iu erzeugt, und die Winkelgeschwindigkeit ω gemäß der Geschwindigkeit des Elektromotors 109, also die berechnete Geschwindigkeit (oder der berechnete Wert der Winkelgeschwindigkeit) wird erhalten.
Wie vorstehend beschrieben kann der Ausgang θ des Verstärkers 128 verwendet werden als eine Geschwindigkeit während der Kurzschluss-Bremsperiode. Somit wird, bei T1, bei der ω geringer wird als ein Wert ωth des Grenzwert-Generators 131, das J-Signal von der Vergleichseinheit 132 ausgegeben. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist die Zeit T1 gesetzt als der Punkt, an dem die Geschwindigkeit der Trommel zu 35 r/min wird, und das J-Signal wird zu einem High-Pegel mit ωth.
Die Ermittlung, ob der Elektromotor 109 einen Niedriggeschwindigkeitszustand erreicht, der ein beinahe angehaltener Zustand ist, ausschließlich aus den Momentanwerten der Leitungsströme des Elektromotors 109 ist anfällig für unerwartetes Rauschen. Zum Beispiel, selbst wenn der Elektromotor 109 mit höherer Geschwindigkeit rotiert, können die Ausgangswerte der drei Phasen der Strom-Detektionseinheit 119 oft zufällig übereinstimmen. Selbst wenn ein Strom-Detektionswert von einer Phase zweimal oder häufiger detektiert wird mit einem Intervall kürzer als einem Zyklus des elektrischen Winkels, ist die Wahrscheinlichkeit, mit der die detektierten Werte aufgrund von Rauschen miteinander übereinstimmen, erhöht, wenn die Zeit länger wird, und somit kann fälschlicherweise ermittelt werden, dass die Geschwindigkeit des Elektromotors 109 ausreichend gering ist.
Selbst wenn die Anzahl der Detektionen erhöht wird, um den Einfluss von Rauschen zu vermeiden, kann die effektive Reduzierung des Rauscheinflusses oft nicht erreicht werden. Im Gegenteil kann der Fall auftreten, in dem es lange Zeit erfordert, zu ermitteln, ob die Geschwindigkeit ausreichend gering wird oder nicht, selbst im angehaltenen Zustand aufgrund des Rauscheinflusses.
Die vorliegende beispielhafte Ausführungsform führt die Ermittlung durch unter Verwendung einer Geschwindigkeit oder einer Frequenz, die eine physikalische Größe ist und eine Eins-zu-Eins-Korrespondenz mit der Geschwindigkeit hat. Entsprechend, insbesondere in dem Fall der Waschmaschine vom Trommeltyp gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform, können auch Tiefpass-Komponenten verwendet werden innerhalb des Bereichs, in dem das Ansprechverhalten von ω ausreichend implementiert werden kann durch effektives Ausnutzen des Punkts, an dem eine Grenze der Geschwindigkeitsänderung (Beschleunigung) generiert wird, wegen des Trägheitsmoments der Trommel 106 von ca. 0,3 kg oder mehr pro Quadratmeter. Entsprechend kann der Einfluss des Rauschens auf den Ausgang der Strom-Detektionseinheit 119 signifikant reduziert werden. Entsprechend kann ein ω-Signal mit einer hohen Verlässlichkeit erhalten werden bis kurz bevor der Elektromotor anhält.
Nachdem das J-Signal in die zentrale Recheneinheit 135 gelangt, wird das Z-Signal high nach einer Verzögerung von 0,3 Sekunden bei der Verzögerungseinheit 166. Die 0,3 Sekunden korrespondieren zu der Zeit, die benötigt wird zum Anhalten der Trommel 106 von dem Rotationszustand mit 35 r/min aufgrund der Weiterführung der Kurzschlussbremsung.
Insbesondere wird das Z-Signal high, wenn einer der Absolutwerte des Cl-Signals 1,7 A übersteigt und das Cl-Signal eine Amplitude hat, die ausreicht, um eine Frequenz vom Strom zu detektieren. Somit wird eine hohe Verlässlichkeit für die Geschwindigkeitsdetektion auch erzielt durch Multiplizieren des J-Signals mit dem Cl-Signal.
Wie vorstehend beschrieben wird, in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, die Geschwindigkeits-Berechnungseinheit 120 verwendet in dem Fall, in dem eine Kurzschlussbremsung angewendet wird mit einem Brems-Anforderungssignal B4RQ von der Sequenz-Erzeugungseinheit 167. Somit, selbst wenn zeitliches Rauschen den Strom Iu beeinflusst, wird der Einfluss des Rauschens überhaupt nicht weitergegeben, solange das Rauschen innerhalb des Bereichs ist, in dem die Phasenfehler-Detektionseinheit 126 normalerweise arbeitet. Innerhalb des Bereichs, der den Betrieb als die Phasensynchronisationsschleife nicht beeinflusst, ist der Einfluss als Geschwindigkeits-Kalkulationseinheit 120 unterdrückt mit der Integrationsverstärkung im Verstärker 128, selbst wenn die Phasenfehler-Detektionseinheit 126 augenblicklich versagt. Dementsprechend kann die Sicherheit gewährleistet werden mit der hochgradig verlässlicher Stopp-Ermittlung.
Wenn die Eingangsspannung des Elektromotors 109 verändert wird von null aufgrund des Einflusses der vorstehend erwähnten Totzeit, tritt in einigen Fällen ein regenerativer Strom zu der DC-Energiequelle 144 auf. Dies kann das Problem einer Erhöhung der Gleichspannung VDC aufgrund des Ladens des Kondensators 143 verursachen. Dies kann jedoch mit der Totzeit-Kompensation unterdrückt werden.
Entsprechend wird eine geeignete Totzeit-Kompensation effektiv ausgeübt von einem Standpunkt des Verhinderns einer Überspannung der Gleichspannung VDC und des präzisen Berechnens der Geschwindigkeit des Elektromotors 109 bis zu einer geringeren Geschwindigkeit.
Wie vorstehend beschrieben, in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, steuert der Controller 118 die Schaltelemente 111, 112, 113, 114, 115, 116, so dass die Eingangsspannung des Elektromotors 109 ungefähr bei null bleibt während der Kurzschluss-Bremsperiode, in der die Bewegungsenergie von der Trommel absorbiert wird, und nachdem die berechnete Geschwindigkeit ω gleich oder geringer als ein vorgegebener Wert ωth wird, führt der Controller 118 eine Stopp-Ermittlung durch.
Somit kann das Anhalten des Elektromotors 109 geeignet ermittelt werden mit der einfachen Konfiguration ohne einen Positionsdetektor wie einen Hall IC. Somit kann die Sicherheit gewährleistet werden.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird das Cs Signal nicht verwendet für die Stopp-Ermittlung, wenn das Brems-Anforderungssignal B4RQ verwendet wird. Jedoch wird das Cs Signal zusammen mit dem Brems-Anforderungssignal B4RQ verwendet. Beispielsweise kann der Zustand des Cs Signals bestätigt werden 0,3 Sekunden nach der Erzeugung des Z-Signals, und die Stopp-Ermittlung kann durchgeführt werden.
Es kann der Fall auftreten, in dem der Strom klein wird und das Cl-Signal low wird, bevor die Ermittlung von 35 r/min durchgeführt wird, und somit die Stopp-Ermittlung gar nicht durchgeführt wird, und das Invertergerät nicht funktioniert, so wie der Fall, in dem eine extrem plötzliche Bremsung angewendet wird. Allerdings kann auch durch Verwendung des Cs Signals oder auch unter Verwendung eines Timers wenn nötig ermittelt werden, ob oder nicht der Elektromotor anhält, und nach dem Ablauf von genug Zeit kann die Stopp-Ermittlung durchgeführt werden. Damit kann das Gerät mit der nächsten Sequenz fortfahren, wobei sowohl Sicherheit als auch Anwendbarkeit des Invertergeräts erhalten werden.
Insbesondere kann die Geschwindigkeits-Berechnungseinheit 120 ermitteln, dass die berechnete Geschwindigkeit gleich oder geringer ist als ein vorgegebener Wert, und ermitteln, dass der Elektromotor 109 anhält, bei Tja, bei der Absolutwerte der Momentanwerte der drei Leitungsströme Iu, Iv, Iw alle geringer als ein vorgegebener Wert, z. B. 0,6 A, werden.
Die 7 ist ein Diagramm, das eine interne Konfiguration des Invertergeräts, generell bezeichnet als Waschmaschine des Trommeltyps, gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform illustriert, gesehen von der Seite.
In der 7 enthält das Invertergerät eine Trommel 106, die Wäsche 105 enthält, den Elektromotor 109, der rotiert und die Trommel 106 durch die Riemenscheibe 182 und den Riemen 108 antreibt, und den Inverter-Schaltkreis 117, der dem Elektromotor 109 Dreiphasen-Wechselströme liefert.
Der Inverter-Schaltkreis 117 wird betrieben mit Steuersignalen von sechs Elementen von dem Controller 118. Das Invertergerät antwortet auf ein Anomalie-Detektionssignal B99RQ und das Brems-Anforderungssignal B4RQ, wie oben beschrieben, und geht in die Kurzschluss-Bremsperiode über nach der Spannungs-Reduzierungsperiode mit dem B99RQ-Signal illustriert in der 3 und der Spannungs-Reduzierungsperiode mit dem Brems-Anforderungssignal B4RQ illustriert in der 5.
Die Stopp-Ermittlung während der Kurzschluss-Bremsperiode wird durchgeführt in jeder der oben beschriebenen Konfiguration verwendend das Anomalie-Detektionssignal B99RQ und der oben beschriebenen Konfiguration verwendend das Brems-Anforderungssignal B4RQ, wobei die Sicherheit gewährleistet wird.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform rotiert die Trommel 106 innerhalb eines harzhaltigen Aufnahmezylinders 190. Wasser wird in den Aufnahmezylinder 190 eingeleitet oder daraus abgelassen durch das Öffnen und Schließen eines Wasserzufluss-Ventils 193 und eines Ablaufventils 194 mit einem Wasserzufluss-Ventilsignal Skb und einem Ablauf-Ventilsignal Shb von dem Controller 118 und Waschen und Trocknen werden mit einem separat zugeführten Waschmittel durchgeführt.
Die Klappe 196 ist öffenbar und angeordnet vor der Trommel 106, und ein Griff 197 verwendet von einem Benutzer, um die Klappe 196 zu öffnen und zu schließen, ist vorgesehen. Wenn die Trommel 106 während des Waschens und Schleuderns rotiert, ist die Klappe 196 geschlossen, um die Sicherheit des Benutzers sicherzustellen und ein Auslaufen von Wasser zu verhindern.
Der Zustand, in dem die Klappe 196 geöffnet ist mit dem Griff 197, ist durch eine gestrichelte Linie angedeutet.
Die Klappe 196 ist öffenbar um ein Scharnier, das mit einem Gehäuse verbunden ist. Allerdings kann die Klappe 196 auch vom Schubladentyp, Falttyp, Blendentyp oder entfernbaren Typ sein.
Eine Klappenverriegelungseinheit 200 hält den geschlossenen Zustand der Klappe 196, und enthält eine Spule 201, einen Kolben 202, eine Feder 203 und einen Verriegelungs-Steuerschaltkreis 204. In dem dargestellten Zustand, in der die Spule 201 nicht bestromt ist, ist die Klappe 196 verriegelt. Daher kann, selbst wenn der Benutzer an dem Griff 197 zieht oder eine andere Betätigung durchführt, er oder sie die Klappe 196 nicht öffnen.
Der Verriegelungs-Steuerschaltkreis 204 führt der Spule 201 einen Strom zu mit dem Klappen-Verriegelungssignal Srk von dem Controller 118, um die Verriegelung zu lösen. Somit kann der Benutzer die Klappe 196 durch Ziehen des Griffs 197 öffnen.
Ein Klappen-Detektionsschalter 206 detektiert, ob die Klappe 196 geöffnet ist oder nicht, und überträgt ein Klappen-Schließsignal Scl zu dem Controller 118. Wenn die Klappe 196 geöffnet ist, wird das Klappen-Schließsignal Scl low. In diesem Fall wird dem Inverter-Schaltkreis 117 kein Signal zugeführt, dem Elektromotor 109 wird kein Wechselstrom zugeführt und der Vorgang zum Drehen der Trommel 106 wird nicht durchgeführt, vom Standpunkt des Sicherstellens der Sicherheit.
Insbesondere kann mit diesem Zustand dem Elektromotor 109 ein Gleichstrom zugeführt werden. Hohe Sicherheit kann sichergestellt werden, wenn die Trommel 106 in der Drehrichtung sicher fixiert ist.
Nachdem der Schleudervorgang beendet ist, überträgt der Controller 118 das Klappen-Verriegelungssignal Srk nach der Durchführung der Stopp-Ermittlung. Die Klappenverriegelungseinheit 200 führt der Spule 201 einen Strom zu, dabei den verriegelten Zustand lösend. Somit kann der Benutzer die Klappe 196 öffnen.
Der Schleudervorgang wird gestoppt in dem Fall, in dem der Benutzer den Stopp-Knopf 208 betätigt, um das Stopp-Knopf-Signal Sstop zu erzeugen, sowie in dem Fall, in dem eine vorgegebene Schleuderzeit abgelaufen ist. Selbst wenn eine Anomalie wie eine Überlast in dem Inverter-Schaltkreis 117 auftritt, wird ein Anomalie-Signal in dem Controller 118 erzeugt und der Elektromotor 109 wird gebremst. An dem Punkt, an dem die Trommel 106 anhält, führt der Controller 118 die Stopp-Ermittlung mit dem Brems-Anforderungssignal B4RQ durch und der verriegelte Zustand wird gelöst mit der Klappenverriegelungseinheit 200. Somit kann der Benutzer die Klappe 196 durch Ziehen des Griffs 197 öffnen. Entsprechend kann die Sicherheit sichergestellt werden.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, bei Tja, bei der Absolutwerte der Momentanwerte der drei Leitungsströme Iu, Iv, Iw alle geringer als ein vorgegebener Wert, wie z. B. 0,6 A, werden, kann die Geschwindigkeits-Berechnungseinheit 120 ermitteln, dass die berechnete Geschwindigkeit gleich oder geringer als ein vorgegebener Wert ist, und der verriegelte Zustand kann gelöst werden mit der Klappenverriegelungseinheit 200.
Die 8 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb direkt nachdem eine Energiequelle des Invertergeräts gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingeschaltet wurde illustriert.
In dem Stadium, in dem der Controller 118 aktiviert wird, wie dem Fall, in dem der Energiequellenschalter des Invertergeräts eingeschaltet wird, wird das Programm des Mikrocomputers, das den Controller 118 bildet, gestartet (Schritt S210). Nach dem Start geht das Invertergerät in die Kurzschlussbremsung (Anomalie-Detektionssignal B99RQ) über, und führt den in der 3 illustrierten Vorgang, wenn ein Anomalie-Detektionssignal B99RQ generiert wird, aus (Schritt S211). Auf diese Art tritt das Invertergerät in die Kurzschluss-Bremsperiode ein nach der Spannungs-Reduzierungsperiode.
Nach dem Eintritt in die Kurzschluss-Bremsperiode geht das Invertergerät zu einer Verriegelungslösung über an dem Punkt, an dem das für die in der 4 illustrierte Stopp-Ermittlung verwendete Cs Signal high wird (Schritt S213). In diesem Schritt wird die Spule 201 bestromt, wodurch der Benutzer die Klappe 196 öffnen kann. Dementsprechend kann die Sicherheit gewährleistet werden.
Zum Beispiel wenn die Energiequelle eingeschaltet wird, kann der Benutzer in der Lage sein, die Klappe 196 zu öffnen, obwohl der vorherige Vorgang nicht komplett beendet wurde. In einem solchen Fall ist es wahrscheinlich, dass eine verbleibende Rotationskraft den Benutzer gefährdet.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird die Kurzschluss-Bremsperiode begonnen, nachdem die Energiequelle eingeschaltet wurde. Außerdem wird die Verriegelung gelöst, nachdem das Cs Signal verwendet für die Stopp-Ermittlung zum Sicherstellen der Sicherheit high wird, wodurch die Gefahr eliminiert werden kann. Somit kann eine Waschmaschine mit hoher Sicherheit implementiert werden.
Wie vorstehend beschrieben, in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, wird die Klappenverriegelung gelöst, nachdem eine geeignete Ermittlung, ob der Elektromotor angehalten ist oder nicht, und dann kann der Benutzer die Klappe 196 öffnen. Somit kann eine Waschmaschine mit hoher Sicherheit implementiert werden.
Insbesondere wird eine Bremsung durchgeführt mit einem Anomalie-Detektionssignal B99RQ bei einer Kurzschlussbremsung (Anomalie-Detektionssignal B99RQ) (Schritt S211). Somit ist die vorliegende beispielhafte Ausführungsform signifikant wirksam selbst in der sensorlosen Konfiguration, die nicht mit einem Geschwindigkeitssensor und einem Positionssensor versehen ist. Der Grund dafür ist wie folgt. Selbst wenn die Rotation der Trommel 106 weitergeht, kurz nachdem die Energiequelle eingeschaltet wird, kann das Auftreten eines Überstroms oder einer Überspannung des Inverter-Schaltkreises 117 unterdrückt werden, unabhängig von der Geschwindigkeit und Position (Phase).
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird der Ausgangswert der Strom-Detektionseinheit 119 in einem ordnungsgemäßen Nullstrom-Zustand als ein Offset-Wert behandelt. Entsprechend ist es wahrscheinlich, wenn die Strom-Detektionseinheit 119 aufgrund der Kurzschlussbremsung versagt, dass ein Ausgangssignal fixiert ist, beispielsweise zu 0 V oder 5 V, unabhängig von dem tatsächlichen Stromwert. In einem solchen Fall ist es weniger wahrscheinlich, dass das Cs Signal high wird, wodurch eine hohe Sicherheit sichergestellt werden kann.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist die Rotationsachse der Trommel 106 horizontal. Die Rotationsachse kann allerdings auch vertikal oder geneigt sein.
Der Energieübertragungspfad zum Rotieren und Antreiben der Trommel 106 wird gebildet unter Verwendung der Riemenscheibe 182 und des Riemens 108. Dies ist allerdings nicht darauf beschränkt. Der Pfad kann unter Verwendung von Getrieben gebildet werden. Alternativ kann ein Elektromotor direkt auf der Achse der Trommel 106 angeordnet sein, und der Elektromotor kann mit derselben Geschwindigkeit rotieren. Diese Konfiguration wird als Direktantrieb bezeichnet.
Die Konfiguration der Klappenverriegelungseinheit 200 ist nicht beschränkt auf die in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform beschriebene Konfiguration. Eine Vielzahl von Klappenverriegelungseinheiten kann vorgesehen sein. Beispielsweise können eine erste Klappenverriegelungseinheit, die ein Lösen der Verriegelung zu jeder Zeit mit der Betätigung des Griffs durch den Benutzer ermöglicht, und eine zweite Klappenverriegelungseinheit, die ein Lösen der Verriegelung mit Signalen von dem Controller ermöglicht, zusammen verwendet werden. Alternativ kann die Klappenverriegelungseinheit so konfiguriert sein, dass die Klappe immer verriegelt ist, wenn sie geschlossen ist, und die Verriegelung gelöst wird mit Signalen von dem Controller. Alternativ kann die Betätigung des Griffs gesperrt werden mit Signalen von dem Controller. In jedem Fall kann jede Konfiguration angewendet werden, solang sie ändern kann, ob oder ob nicht der Benutzer die Klappe öffnen kann, gemäß den Signalen von dem Controller.
Wie vorstehend beschrieben enthält die Waschmaschine gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform die Trommel 106, die die Wäsche 105 enthält, Permanentmagnete 100, 101, Dreiphasen-Wicklungen 102, 103, 104 und den Elektromotor 109, der die Trommel 106 antreibt. Die Waschmaschine enthält weiterhin die Klappe 196, die die Öffnung der Trommel 106 öffnet und schließt, und die Klappenverriegelungseinheit 200, die die Klappe 196 verriegelt. Die Waschmaschine enthält außerdem den Inverter-Schaltkreis 117, der elektrische Energie von der DC-Energiequelle 144 empfängt und unter Verwendung einer Vielzahl von Schaltelementen 111, 112, 113, 114, 115, 116 dem Elektromotor 109 Strom zuführt. Die Waschmaschine enthält weiterhin den Controller 118, der die Ein-Aus-Steuerung der Schaltelemente 111, 112, 113, 114, 115, 116 steuert. Der Controller 118 enthält die Strom-Detektionseinheit 119, die einen Strom detektiert, und die Geschwindigkeits-Berechnungseinheit 120, die eine Geschwindigkeit des Elektromotors 109 als Antwort auf den Ausgang der Strom-Detektionseinheit 119 berechnet. Der Controller 118 steuert außerdem die Schaltelemente 111, 112, 113, 114, 115, 116, um eine Eingangsspannung des Elektromotors 109 bei annähernd null zu halten während einer Bremsperiode der Trommel 106, und ermöglicht das Öffnen der Klappe 196 mit der Klappenverriegelungseinheit 200, nachdem die Geschwindigkeit geringer oder gleich einem vorgegebenen Wert wird. Somit kann die Sicherheit mit einer simplen Konfiguration sichergestellt werden.
Der Controller 118 in der Waschmaschine gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform detektiert Ströme von zwei oder mehr Phasen aus den drei Phasen durch die Strom-Detektionseinheit 119 und berechnet die Geschwindigkeit basierend auf den Stromwerten von zwei oder mehr Phasen aus den drei Phasen durch die Geschwindigkeits-Berechnungseinheit 120. Somit kann die Sicherheit mit einer simplen Konfiguration sichergestellt werden.
In der Waschmaschine gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform enthält der Controller 118 die Variable-Frequenz-Oszillationseinheit 127, die Phasen der Permanentmagnete 100, 101, enthaltend einen Zeitintegrationswert einer Geschwindigkeit, ausgibt, die Phasenfehler-Detektionseinheit 126, und die Koordinatentransformationseinheit 150. Die Koordinatentransformationseinheit 150 transformiert den Ausgang der Strom-Detektionseinheit 119 von einem stationären Bezugssystem in ein rotierendes Bezugssystem unter Verwendung einer Phase und gibt das Ergebnis aus. Die Geschwindigkeits-Berechnungseinheit 120 empfängt ein Stromwertsignal in dem rotierenden Bezugssystem und berechnet eine Geschwindigkeit. Somit kann Sicherheit mit einer simplen Konfiguration sichergestellt werden.
Die Waschmaschine gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform hat die Spannungs-Reduzierungsperiode vor der Bremsperiode. Während der Spannungs-Reduzierungsperiode werden die Schaltelemente 114, 115, 116 derart gesteuert, dass der Absolutwert der Eingangsspannung des Elektromotors 109 reduziert wird. Somit kann eine Überspannung des Eingangs des Elektromotors verhindert werden.
Die Waschmaschine gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform hat außerdem die Bremsperiode vor dem Ermöglichen des Öffnens der Klappe 196 mit der Klappenverriegelungseinheit 200. Somit kann die Sicherheit mit einer simplen Konfiguration sichergestellt werden.
Die Waschmaschine gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist vom sensorlosen Typ, in dem der Elektromotor 109 keinen Positionsdetektor hat. Somit kann das Anhalten des Elektromotors 109 angemessen ermittelt werden, und außerdem eine kostengünstige Waschmaschine bereitgestellt werden.
ZWEITE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
Die 9 ist ein Blockschaltbild, das ein Invertergerät gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist die Konfiguration des Berechnens einer Geschwindigkeit und einer Phase insbesondere unterschiedlich von der ersten beispielhaften Ausführungsform. Die anderen Konfigurationen sind ähnlich, so dass nur die Teile, die sich von der ersten beispielhaften Ausführungsform unterscheiden, nachfolgend speziell beschrieben werden.
In der 9 enthält die Geschwindigkeits-Berechnungseinheit 221 die Phasenfehler-Detektionseinheit 223, die Signale Vd, Vq, Id, Iq von der zentralen Recheneinheit 135 empfängt, und die Variable-Frequenz-Oszillationseinheit 127. Wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform hat die Variable-Frequenz-Oszillationseinheit 127 eine P-Komponente und eine I-Komponente, und enthält den Verstärker 128, der die berechnete Geschwindigkeit ω ausgibt, und den Integrator 129, der eine Zeitintegration der berechneten Geschwindigkeit ω durchführt und eine berechnete Phase θ ausgibt.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird die berechnete Geschwindigkeit ω außerdem in die Phasenfehler-Detektionseinheit 223 eingegeben. Die Phasenfehler-Detektionseinheit 223 speichert Parameter (Widerstandswert, maximale Induktanz, minimale Induktanz) des Elektromotors 109 und berechnet einen Phasenfehler ε aus einem Spannungsinstruktionswert und dem detektierten Stromwert. Wenn die kalkulierte Phase θ vorläufig ist relativ zu der tatsächlichen Phase, wird ε > 0 festgelegt, und wenn die berechnete Phase θ verzögert ist relativ zu der tatsächlichen Phase, wird ε < 0 festgelegt.
In dem stationären Zustand arbeiten eine Regelschleife des Verstärkers 128 und die Phasenfehler-Detektionseinheit 223, so dass der Eingang des Verstärkers 128, also der Ausgang ε der Phasenfehler-Detektionseinheit 223, zu null wird. Die Geschwindigkeits-Berechnungseinheit 221 empfängt Stromwertsignale Id und Iq in dem rotierenden Bezugssystem und Spannungswertsignale Vd und Vq in dem rotierenden Bezugssystem, berechnet die Geschwindigkeit ω und die Phase θ und gibt die berechneten Werte aus.
Die berechnete Geschwindigkeit ω wird berechnet unter Verwendung des vorhergehenden ω, die jede Trägerfrequenz des Inverter-Schaltkreises 117, wie 64 µs, berechnet wird. Damit wird ein unendlicher Zyklus der Regelschleife vermieden.
Die anderen Konfigurationen sind ähnlich zu denen in der ersten beispielhaften Ausführungsform, und der Betrieb, wenn das Brems-Anforderungssignal B4RQ erzeugt wird, ist ebenfalls ähnlich zu der ersten beispielhaften Ausführungsform.
Mit der obigen Konfiguration, wenn das Brems-Anforderungssignal B4RQ erzeugt wird, setzt das Invertergerät gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform die Absolutwerte von Vd und Vq zu null während der Spannungs-Reduzierungsperiode und setzt dann Vd und Vq auf null während der Kurzschluss-Bremsperiode, wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform.
In diesem Stadium sind ausreichend große Id und Iq vorhanden und sie werden addiert zu den Elementen, die von der Phasenfehler-Detektionseinheit 223 zu berechnen sind. Entsprechend wird die berechnete Phase θ während der Kurzschluss-Bremsperiode gleich der tatsächlichen Phase gehalten, also den Phasen der Permanentmagnete 100, 101, und ein hochpräzises ω kann auch während der Kurzschluss-Bremsperiode akquiriert werden.
Die berechnete Geschwindigkeit ωth wird größer als ω an dem Punkt, an dem die Geschwindigkeit der Trommel 106 zu der Geschwindigkeit wird, die zu 35 r/min korrespondiert, und die Vorgänge während der Periode bis die Stopp-Ermittlung danach durchgeführt wird, wie der Vorgang, in dem das J-Signal high wird, sind ähnlich zu der ersten beispielhaften Ausführungsform.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird eine etwas komplizierte Rechnung benötigt. Dafür benötigt die Phasenfehler-Detektionseinheit 223 einen Prozessor, wie einen Mikrocomputer, mit einer hohen Rechenleistung, die eine solche Berechnung zulässt. Die vorliegende beispielhaften Ausführungsform kann allerdings den Fehler zwischen der berechneten Phase θ und der tatsächlichen Phase sowie den Fehler zwischen der berechneten Geschwindigkeit und der tatsächlichen Geschwindigkeit minimieren. Außerdem wird die Verlässlichkeit der berechneten Geschwindigkeit ω signifikant erhöht. Entsprechend kann die vorliegende beispielhaften Ausführungsform ein Invertergerät mit hoher Zuverlässigkeit für die Stopp-Ermittlung implementieren. Die vorliegende beispielhaften Ausführungsform kann ein Invertergerät mit hoher Sicherheit implementieren.
Das Invertergerät kann agieren als eine Waschmaschine mit einer exzellenten Ansprache der berechneten Geschwindigkeit ω und der Phase θ und hoher Leistung während des „sensorlosen“ Betriebs, in dem der Elektromotor 109 keinen Positionssensor oder Geschwindigkeitssensor hat, selbst während einer Antriebskraft-Laufzeit außer der Kurzschluss-Bremsperiode. Somit kann das Invertergerät gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform auch für die Geschwindigkeitsberechnung und die Phasenberechnung während des Antriebskraft-Betriebs verwendet werden.
Während der Kurzschluss-Bremsperiode wird die Eingangsspannung des Elektromotors beinahe zu null, und Vd, Vq werden beide zu null gesetzt. Somit ist die Regelkonfiguration geringfügig unterschiedlich gegenüber der während der Antriebskraft-Laufzeit. Entsprechend kann ein Verstärkungsfaktor (für die Proportionalkomponente, die Integralkomponente, und so weiter), der verwendet wird für den Fehlerverstärker für die Rückkopplung eines Phasenfehlers zum Berechnen einer niedrigere Geschwindigkeit, umgeschaltet werden zu einem Wert, der sich von dem Wert während der Antriebskraft-Laufzeit unterscheidet.
Es ist offensichtlich, dass ein Invertergerät mit einem Positionssensor wie einem Hall IC verwendet werden kann. Selbst wenn ein üblicherweise für die Stopp-Ermittlung verwendeter Positionssensor versagt, kann mehrfache Sicherheit gewährleistet werden.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform berechnet die Phasenfehler-Detektionseinheit 223 den Phasenfehler ε, also eine physikalische Größe, die eine Dimension eines Winkels anzeigt. Allerdings werden ausreichende Charakteristika oftmals nur durch die Verwendung einer Spannungskomponente in der Richtung des berechneten magnetischen Flusses erlangt. Somit kann die Anzahl des Auftretens von verschiedenen Berechnungen, wie Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division; trigonometrischen Funktionen, Exponentialfunktionen; und komplexen Kalkulationen reduziert werden. Somit wird nur eine einfache Berechnung benötigt.
Eine von orthogonalen zwei Achsen, generell bezeichnet als Vektorregelung, entspricht oft der Richtung des magnetischen Flusses erzeugt von den Permanentmagneten 100, 101. Allerdings sind die orthogonalen zwei Achsen nicht beschränkt auf solche, die mit der d-Achse übereinstimmen, die die Achse des magnetischen Flusses ist. Die orthogonalen zwei Achsen können basieren auf einer Achse, in der eine Phase geringfügig fortgeschritten ist von der d-Achse durch Verwenden eines Wertes, der sich zum Beispiel von dem tatsächlichen Induktanzwert des elektrischen Motors 109 unterscheidet. Diese Konfiguration produziert Vorteile der rationellen Stromreduktion in dem Elektromotor 109, in dem die Permanentmagnete 100, 101 tief in dem Rotor verborgen sind.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform kann der Fehler ε berechnet werden im Lichte eines Spannungsfehlers, eines Stromfehlers, eines Geschwindigkeitsfehlers, eines Fehlers des Induktanzwertes, eines Fehlers des Widerstandswertes, und so weiter basierend auf einer Spannungsgleichung eines allgemeinen Permanentmagnet-Motors. Eine vereinfachte Gleichung, durch die der Fehler ε nach null konvergiert und die gebildet wird durch das Ausschließen von Termen, die weniger Einfluss auf die Leistung haben während des tatsächlichen Betriebs, können verwendet werden. In einem solchen Fall wird die Berechnungsmenge reduziert, wodurch ein kostengünstiger Mikrocomputer mit weniger Leistung und weniger Energieverbrauch verwendet werden kann.
DRITTE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
Die 10 ist ein Blockschaltbild, die ein Invertergerät gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
In der 10 enthält das Invertergerät gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform eingebettete Neodym-Permanentmagnete 340, 341 und Dreiphasen-Wicklungen 342, 343, 344. Das Invertergerät enthält außerdem eine Trommel 346, die Wäsche 345 enthält, einen Elektromotor 349, der rotiert und angetrieben wird durch eine Riemenscheibe 347 und einen Riemen 348, und sechs Schaltelemente 351, 352, 353, 354, 355, 356. Das Invertergerät enthält außerdem einen Inverter-Schaltkreis 357, der eine inverse Transformation von DC nach AC durchführt und Wechselströme Iu, Iv, Iw an den Elektromotor 349 liefert, und einen Controller 358, der eine Ein-Aus-Steuerung der Schaltelemente 351, 352, 353, 354, 355, 356 durchführt. Der Controller 358 enthält eine Strom-Detektionseinheit 359, die Wechselströme Iu, Iv, Iw detektiert. Die Strom-Detektionseinheit 359 enthält Shunt-Widerstände 361, 362, 363, die jeden der Dreiphasen-Ströme in eine Spannung umwandeln, und einen Verstärker 364. Der Verstärker 364 empfängt Spannungen erzeugt an den beiden Enden der Shunt-Widerstände 361, 362, 363 während Ein-Perioden der Schaltelemente 354, 355, 356 an einer Niedrigpotential-Seite, konvertiert Leitungsströme Iu, Iv, Iw von –10 bis +10 A in Analogspannungen von 0 bis 5 V und gibt das Ergebnis aus.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform werden drei Shunt-Widerstände 361, 362, 363, jeder jeweils korrespondierend zu jeder von drei Phasen, als die Strom-Detektionseinheit 359 verwendet. Dies wird als Drei-Shunt-Konfiguration bezeichnet. Es ist jedoch akzeptabel, dass Stromwerte Iu, Iv, Iw von drei Phasen mit dem Detektionstiming von einem Shunt-Widerstand detektiert werden, bezeichnet als Ein-Shunt. Alternativ kann eine Anzahl von Stromsensoren, die in der Lage sind, Stromwerte von einer Gleichstromkomponente zu detektieren, verwendet werden. Diese Konfiguration wird als DCCT bezeichnet.
Der Controller 358 enthält außerdem eine zentrale Recheneinheit 366. Der Controller 358 erzeugt Signale zum Steuern des Inverter-Schaltkreises 357, und akzeptiert Ausgangssignale Iua, Iva, Iwa von der Strom-Detektionseinheit 359 in einem digitalen Modus.
Ein PWM-Schaltkreis 367 empfängt Duty von der zentralen Recheneinheit 366 und gibt ein Signal B aus, das gebildet wird durch das Durchführen einer PWM mit einer dreieckigen Wellenform mit einem Zyklus von 64 Mikrosekunden. Signale S1 bis S6 von der zentralen Recheneinheit 366 führen den Schaltelementen 351, 352, 353, 354, 355, 356 Gate-Signale durch eine Schalteinheit 369 und einen Ansteuer-Schaltkreis 370 zu, die vorgesehen sind zwischen der zentralen Recheneinheit 366 und dem Inverter-Schaltkreis 357. Wenn ein K Signal von der zentralen Recheneinheit 366 high ist, geht die Schalteinheit 369 in den in der 10 illustrierten Zustand über, so dass die Signale S1 bis S6 angelegt werden. Andererseits, wenn das K Signal low ist, ist jeder Schalter in der Schalteinheit 369 in der 10 mit der unteren Seite verbunden.
Eine DC-Energiequelle 374 enthält eine AC-Energiequelle 371 mit 230 V und 50 Hz, einen Vollwellengleichrichter 372 und einen Kondensator 373. Die DC-Energiequelle 374 liefert eine Gleichspannung VDC an einen Gleichspannungs-Detektionsschaltkreis 378 in dem Inverter-Schaltkreis 357. Der Gleichspannungs-Detektionsschaltkreis 378 enthält Widerstände 376 und 377. Ein Ausgang A von dem Gleichspannungs-Detektionsschaltkreis 378 wird als ein analoges Spannungssignal an die zentrale Recheneinheit 366 ausgegeben. Der Ausgang A wird einer A/D-Konvertierung unterworfen und in der zentralen Recheneinheit 366 als digitaler Wert verarbeitet.
Die 11 ist ein Blockschaltbild, das die detaillierte Konfiguration der zentralen Recheneinheit 366 in dem Invertergerät gemäß der dritten beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung illustriert.
Die zentrale Recheneinheit 366 wird oft gebildet von einem Ein-Chip-Mikrocomputer. Allerdings kann die Konfiguration enthaltend den äußeren Teil der zentralen Recheneinheit 366 in der 10 mit Software von einem Mikrocomputer implementiert sein. Alternativ können Komponenten, die die zentrale Recheneinheit 366 bilden, mit einigen Hardwaregeräten implementiert sein. Alternativ können sie implementiert sein mit verschiedenen Prozessoren wie DSP. Das bedeutet, dass die zentrale Recheneinheit 366 implementiert werden kann mit einem Chip oder mehreren Chips, oder implementiert sein kann mit Hardware oder Software.
In der 11 werden Signale Iua, Iva, Iwa, die jeweils zu jedem der Dreiphasen-Ströme Iu, Iv, Iw korrespondieren, zusammen mit dem berechneten Phase-θ-Signal in eine erste Koordinatentransformationseinheit 380 eingegeben. Die erste Koordinatentransformationseinheit 380 führt eine Id/Iq-Transformation durch, das ist die Transformation von einem stationären Bezugssystem in ein rotierendes Bezugssystem, unter Verwendung der (Gleichung 3), dabei ausgebend Id und Iq. Subtraktionseinheiten 381, 382 sind vorgesehen, von denen jede jeweils einen Fehler zwischen einem festgelegten Wert Idr und Id und einen Fehler zwischen einem festgelegten Wert Iqr und Iq berechnet. Die Ausgaben der Subtraktionseinheiten 381, 382 werden in die Fehler-Verstärkungseinheiten 383, 384 eingegeben, die eine PI (proportional, integral) Verstärkung anwenden. Ausgänge Vd und Vq werden eingegeben in eine zweite Koordinatentransformationseinheit 388 zusammen mit dem Phase-θ-Signal, und eine Transformation von einer dq-Koordinate in Dreiphasen-Spannungsinstruktionswerte Vu, Vv, Vw wird durchgeführt unter Verwendung von (Gleichung 4). Die Spannungsinstruktionswerte Vu, Vv, Vw werden eingegeben in die PWM-Einheit 389, und beeinflussen die dreieckige Trägerwelle mit 64 µs-Zyklen mit einem Verhältnis der Dreiphasen-Spannungsinstruktionswerte zu einem A Signal. Die PWM-Einheit 389 erzeugt Highund Low-Ansteuersignale S1 bis S6 durch das Vergleichen der Spannungsinstruktionswerte Vu, Vv, Vw mit einem Momentanwert der Trägerwelle und das Addieren einer Totzeit. [Gleichung 3]
[Gleichung 4]
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform detektiert die Strom-Detektionseinheit 359 die Ströme von allen drei Phasen. Wenn jedoch nur Ströme von zwei Phasen unter den Wicklungen 342, 343, 344 von drei Phasen in dem Elektromotor 349 detektiert werden, kann der Strom der verbleibenden einen Phase gemäß dem Kirchhoffschen Gesetz berechnet werden. Somit kann die Strom-Detektionseinheit 359 die Ströme von nur zwei Phasen detektieren.
Eine Geschwindigkeits-Schätzeinheit 390 speichert Parameter (Widerstandswert, maximale Induktanz, minimale Induktanz) des Elektromotors 349 und schätzt die Geschwindigkeit des Elektromotors 349 unter Verwendung einer Spannungsgleichung des Elektromotors 349 ohne die Verwendung eines Geschwindigkeitssensors. Die Geschwindigkeits-Schätzeinheit 390 empfängt Ausgänge Id, Iq von der ersten Koordinatentransformationseinheit 380 und Eingänge Vd, Vq der zweiten Koordinatentransformationseinheit 388 und gibt geschätzte Geschwindigkeiten ω und ω2 aus.
Die Geschwindigkeits-Schätzeinheit 390 berechnet ε korrespondierend zu dem Phasenfehler von dem Spannungswert und dem Stromwert des Elektromotors 349. Eine Fehlerverstärkung mit einer Integrationskomponente oder einer proportionalen Integrationskomponente wird durchgeführt, um ε zu erlauben, gegen null zu konvertieren, und das Ergebnis wird zurückgeführt.
Ein Integrator 392 empfängt den Ausgang ω2 von der Geschwindigkeits-Schätzeinheit 390, führt eine Zeitintegration von ω2 aus und gibt ein Phase-θ-Signal aus, das auf null zurückgesetzt wird an dem Punkt, an dem ω2 zu 2π wird.
Die zentrale Recheneinheit 366 enthält außerdem eine Subtraktionseinheit 394, eine Fehler-Verstärkungseinheit 395, eine Idr-Festlegungseinheit 396, eine Kurzschlussbremsungs-Steuereinheit 398 und eine Sequenz-Erzeugungseinheit 399. Die Subtraktionseinheit 394 berechnet den Unterschied zwischen dem festgelegten Geschwindigkeitswert ωr und ω. Die Fehler-Verstärkungseinheit 395 wendet eine PI (proportional, integral) Verstärkung auf die Ausgabe der Subtraktionseinheit 394 an. Die Idr-Festlegungseinheit 396 ermittelt den festgelegten Wert Idr aus der berechneten Geschwindigkeit ω. Die Sequenz-Erzeugungseinheit 399 erzeugt den festgelegten Geschwindigkeitswert ωr und ein Brems-Anforderungssignal BRQ.
Die Idr-Festlegungseinheit 396 gibt 0 A als den festgelegten Wert Idr aus, in dem Fall, in dem der ω-Wert gleich oder weniger als 400 r/min in Bezug auf die Geschwindigkeit der Trommel 346 ist. In dem Fall, in dem der ω-Wert 400 r/min bezogen auf die Geschwindigkeit der Trommel 346 übersteigt, setzt die Idr-Festlegungseinheit 396 Idr < 0 A und erhöht graduell den Absolutwert von Idr mit dem Anstieg von ω. Die Idr-Festlegungseinheit 396 gibt Idr = –5 A aus, wenn der ω-Wert 1200 r/min ist in Bezug auf die Geschwindigkeit der Trommel 346. Entsprechend wird eine Feldschwächungssteuerung angewendet mit hoher Geschwindigkeit.
Die Sequenz-Erzeugungseinheit 399 überträgt und empfängt verschiedene Signale an und von externen Komponenten, um es dem Invertergerät zu erlauben, als eine Waschmaschine zu fungieren. Die verschiedenen Signale enthalten ein Stopp-Knopf-Signal Sstop, ein Wasserzufluss-Ventilsignal Skb, ein Ablaufventil-Signal Shb, ein Klappenverriegelungssignal Srk, und ein Klappenschließsignal Scl. Die Sequenz-Erzeugungseinheit überträgt und empfängt außerdem simultan verschiedene Signale bezüglich des Betriebs des Elektromotors 349.
Nachdem die Geschwindigkeit der Trommel 346 beim Bremsen beinahe zu null wird, schaltet die Schalteinheit 400 jeden Kontakt von b zu a als Antwort auf ein Signal Ka von der Sequenz-Erzeugungseinheit 399. Somit schaltet die Schalteinheit 400 den festgelegten Wert Idr, den festgelegten Wert Iqr, den Wert der Phase θ auf Ausgänge Idr0, Iqr0, θ0 von dem Signalgenerator 401.
Wenn alle der Absolutwerte der Momentanwerte der Dreiphasen-Stromsignale Iua, Iva, Iwa in einem Kurzschlusszustand geringer als 0,6 A werden, setzt die Kurzschlussstrom-Ermittlungseinheit 403 ein Cs Signal auf high.
Die 12 ist ein Blockschaltbild, das eine Kurzschlussbremsungs-Steuereinheit 398 in dem Invertergerät gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
In der 12 enthält die Kurzschlussbremsungs-Steuereinheit 398 einen Funktionsgenerator 405, einen Integrator 406 und eine Verzögerungseinheit 407. Die Verzögerungseinheit 407 erzeugt INTEG des Integrators 406 mit einer Zeitverzögerung von Td1 = 5 ms bezüglich des Brems-Anforderungssignals BRQ.
In dem Integrator 406 ist der Integrationswert Duty null, das ist ein Startwert in dem Zustand, in dem INTEG auf einem Low-Pegel ist. Der Zeitintegrationsvorgang beginnt an dem Punkt, an dem INTEG einen High-Pegel annimmt, so dass Duty ausgegeben wird.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird Duty, das ist der Ausgang des Integrators 406, als ein Eingang des Funktionsgenerators 405 verwendet. Somit kann die Erhöhungsgeschwindigkeit des Kurzschluss-Zeitverhältnisses gemäß der Zeit von dem Anfang der Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsperiode geändert werden mit einer einfachen Konfiguration, in der die Zeit von dem Beginn der Integration nicht gezählt wird.
Der Integrator 406 hat darin eingebunden eine Funktion des Begrenzens von Duty mit einem oberen Begrenzer, der eine Begrenzung einführt, wenn Duty zu 100 % wird. Mit diesem Begrenzungsvorgang ist Duty schließlich bei 100 % gegipfelt, das ist die obere Begrenzung, und in diesem Stadium geht Duty über in einen Konstant-Ein-Zustand von PWM.
An dem Punkt, an dem Duty 100 % erreicht, bleiben einige Volt, die korrespondieren zu dem Spannungsabfall der IGBTs und der Dioden in den Schaltelementen 354, 355, 356 an der Niedrigpotential-Seite und dem Spannungsabfall aufgrund der Leitungen von dem Inverter-Schaltkreis 357 zu dem Elektromotor 349, als die Eingangsspannung des Elektromotors 349, zum Beispiel. Allerdings werden solche Spannungen als innerhalb eines Bereichs von beinahe null angesehen.
Die 13 ist ein Graph, der Eingangs- / Ausgangs-Charakteristika eines Funktionsgenerators 405 in dem Invertergerät gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Eine horizontale Achse kennzeichnet einen Eingang und eine vertikale Achse kennzeichnet einen Ausgang. Der Ausgang des Funktionsgenerators 405 wird zu einem Eingang des Integrators 406. Er hat somit die Bedeutung der Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsgeschwindigkeit dDuty/dt.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird, während der Periode, in der das Kurzschluss-Zeitverhältnis Duty erhöht wird, die Funktion der Erhöhungsgeschwindigkeit dDuty/dt zu Duty berechnet, anstatt die Zeit von dem Beginn dieser Periode zu zählen.
Somit kann die Anzahl der für die Berechnung verwendeten Variablen reduziert werden. Entsprechend kann die Berechnung sogar mit einem kompakten, günstigen Mikrocomputer gemacht werden.
Allerdings ist diese Konfiguration nicht besonders notwendig. Die Zeit seit dem Beginn kann gezählt werden, und die gezählte Zeit kann als eine Funktion ausgegeben werden, und diese Funktion kann verwendet werden.
Wenn ausreichende Charakteristika akquiriert wurden, kann eine gerade Linie oder eine stufenweise Linie verwendet werden anstatt einer in der 13 illustrierten gekrümmten Linie. Somit kann eine Last zum Berechnen auf einem Mikrocomputer reduziert werden.
Die Kurzschlussbremsungs-Steuereinheit 398 stoppt den Elektromotor 349 in seinem gebremsten Zustand, wenn in der Waschmaschine etwas Anomales auftritt und bei einem Übergang des Betriebs. Beim Empfang des Brems-Anforderungssignals BRQ von der Sequenz-Erzeugungseinheit 399 bringt die Kurzschlussbremsungs-Steuereinheit 398 den Eingang des Elektromotors 349 graduell in den Kurzschluss-Zustand. Insbesondere steuert die Kurzschlussbremsungs-Steuereinheit 398 die Gate-Spannungen der Schaltelemente 351, 352, 353, 354, 355, 356 in dem Inverter-Schaltkreis 357, so dass die Spannung zwischen den Dreiphasen-Eingangsanschlüssen zu beinahe null gemacht wird.
Die 14 ist ein Diagramm, das eine interne Konfiguration des Invertergeräts, generell bezeichnet als Waschmaschine vom Trommeltyp, gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert, gesehen von der Seite.
In der 14 wird die Trommel 346, die Wäsche 345 enthält, rotiert und angetrieben mit Energie, die von dem Elektromotor 349 über den Riemen 348 übertragen wird auf die Riemenscheibe 410. Der Inverter-Schaltkreis 357, der Dreiphasen-Wechselströme an den Elektromotor 349 liefert, wird von dem Controller 358 gesteuert.
Die Trommel 346 rotiert innerhalb eines harzhaltigen Aufnahmezylinders 411. Das Öffnen und Schließen des Wasserzufluss-Ventils 413 und des Ablauf-Ventils 414 werden gesteuert mit einem Wasserzuflussventil-Signal Skb und einem Ablaufventil-Signal Shb von dem Controller 358. Somit wird Wasser in den Aufnahmezylinder 411 eingeleitet oder daraus abgelassen, und Waschen und Schleudern werden durchgeführt mit einem separat eingeführten Waschmittel.
Die öffenbare Klappe 416 ist vor der Trommel 346 angeordnet. Ein Griff 417, verwendet von einem Benutzer, um die Klappe 416 zu öffnen und zu schließen, ist auf der Klappe 416 angeordnet. Wenn die Trommel 346 während des Waschens und Schleuderns rotiert, ist die Klappe 416 geschlossen, um die Sicherheit des Benutzers sicherzustellen und ein Auslaufen von Wasser zu vermeiden.
Die Klappe 416 ist teilweise aus einem transparenten Glas gemacht, damit der Waschzustand in der Trommel 346 während des Waschvorgangs gesehen werden kann.
Der Zustand, in dem die Klappe 416 mittels des Griffs 417 geöffnet ist, ist durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist die Klappe 416 öffenbar um ein Scharnier, das mit einem Gehäuse verbunden ist. Allerdings kann die Klappe 416 auch vom Schubladentyp, dem Falttyp, dem Blendentyp oder dem entfernbaren Typ, der von dem Gehäuse entfernt werden kann, sein.
Die Klappen-Verriegelungseinheit 419 hält den geschlossenen Zustand der Klappe 416 bei. Die Klappen-Verriegelungseinheit 419 enthält eine Spule 420, einen Kolben 421, eine Feder 422 und einen Verriegelungs-Steuerschaltkreis 423. In dem illustrierten Zustand, in dem die Spule 420 nicht bestromt ist, ist die Klappe 416 verriegelt. Somit kann, selbst wenn der Benutzer an dem Griff 417 zieht oder eine andere Betätigung durchführt, er oder sie die Klappe 416 nicht öffnen.
Der Verriegelungs-Steuerschaltkreis 423 führt der Spule 420 mit dem Klappen-Verriegelungssignal Srk von dem Controller 358 Strom zu, um die Verriegelung zu lösen. Nachdem die Verriegelung gelöst ist, kann der Benutzer durch Ziehen an dem Griff 417 die Klappe 416 öffnen.
Ein Klappen-Detektionsschalter 425 detektiert, ob die Klappe 416 geöffnet oder geschlossen ist. Wenn die Klappe 416 geöffnet ist, wird das Klappen-Schließsignal Scl low und wird an den Controller 358 übertragen. Vom Standpunkt des Sicherstellens der Sicherheit werden von dem Inverter-Schaltkreis 357 keine Wechselströme an den Elektromotor 349 geliefert. Entsprechend rotiert die Trommel 346 nicht.
Wenn zum Beispiel beim Ende des Schleudervorgangs das Klappen-Verriegelungssignal Srk von dem Controller 358 an den Verriegelungs-Steuerschaltkreis 423 übertragen wird, bestromt die Klappen-Verriegelungseinheit 419 die Spule 420, um den verriegelten Zustand zu lösen. Somit kann der Benutzer die Klappe 416 öffnen.
Der Schleudervorgang wird beendet, wenn eine vorgegebene Schleuderzeit verstrichen ist. Der Schleudervorgang wird ebenfalls beendet, wenn der Benutzer einen Stopp-Knopf 426 betätigt, was ein Stopp-Knopf-Signal Sstop erzeugt, und wenn eine Anomalie wie eine Überlast auftritt. In jedem Fall wird von dem Controller 358 ein Anomalie-Signal erzeugt, um eine Bremsung auf den Elektromotor 349 anzuwenden, wodurch die Trommel 346 angehalten wird. An dem Punkt, an dem die Trommel 346 angehalten ist, führt der Controller 358 die Stopp-Ermittlung mit dem Brems-Anforderungssignal B4RQ durch, und dann wird der verriegelte Zustand gelöst mit der Klappen-Verriegelungseinheit 419. Nachdem der verriegelte Zustand gelöst ist, kann der Benutzer durch das Ziehen an dem Griff 417 die Klappe 416 öffnen.
Die 15 ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm, wenn das Invertergerät gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Kurzschluss-Bremszustand ist mit dem Brems-Anforderungssignal BRQ. Die 15(a) illustriert das Brems-Anforderungssignal BRQ, die 15(b) illustriert das K Signal und die 15(c) illustriert Duty.
Das Brems-Anforderungssignal BRQ von der zentralen Recheneinheit 366 wird high zu der Zeit T1 nach der Antriebskraft-Laufzeit, und zu derselben Zeit ändert sich das K Signal von high nach low. An diesem Punkt ist Duty null. Somit geht das Invertergerät in die Alle-Aus-Periode Td1 von 5 ms über, in der die IGBTs der Schaltelemente 351, 352, 353, 354, 355, 356 alle aus sind.
Wenn der Elektromotor 349 bei geringer Geschwindigkeit läuft, wird der Strom während der Alle-Aus-Periode Td1 zu beinahe null. Wenn der Elektromotor 349 mit hoher Geschwindigkeit läuft (wenn die induzierte elektromotorische Kraft hoch ist), fließt ein regenerativer Strom durch die Dioden der Schaltelemente 351, 352, 353, 354, 355, 356 in Richtung der DC-Energiequelle 374.
Das Verhältnis (Duty) der Ein-Zeit der Schaltelemente 354, 355, 356 an der Niedrigpotential-Seite illustriert in der 15(c) ist ein Kurzschluss-Zeitverhältnis. Anschließend an die Alle-Aus-Periode ist die Periode von T2 bis T3 eine Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsperiode, in der Duty erhöht wird. Andererseits werden die Schaltelemente 351, 352, 353 an der Hochpotential-Seite bei aus gehalten aufgrund der Tätigkeit der Schalteinheit 369.
Die Erhöhungsgeschwindigkeit des Kurzschluss-Zeitverhältnisses (Duty) während der Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsperiode verringert sich mit der Zeit, oder verringert sich, während sich das Kurzschluss-Zeitverhältnis 100 % nähert.
Die Eingangsspannung des Elektromotors 349 wird wiederholt positiv und negativ mit einer induzierten elektromotorischen Kraft generiert mit der Rotation als dem Momentanwert. Allerdings wird die Eingangsspannung forciert zu null während der Kurzschlusszeit, wodurch der Absolutwert niedrig gehalten wird.
Entsprechend wird die Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsperiode von T2 bis T3 zu einer Spannungs-Reduzierungsperiode, in der die Schaltelemente 354, 355, 356 derart angesteuert werden, dass sich der Absolutwert der Spannung reduziert aufgrund der Erhöhung der Kurzschusszeit.
Bei T3 wird das Kurzschluss-Zeitverhältnis Duty maximal, also 100 %, und das Invertergerät tritt in eine Kurzschluss-Bremsperiode zum Absorbieren der Bewegungsenergie der Last ein.
An dem Punkt, an dem Duty 100 % erreicht, verbleiben ein paar Volt, die zu dem Spannungsabfall der IGBTs und der Dioden in den Schaltelementen 354, 355, 356 an der Niedrigpotential-Seite korrespondieren, zum Beispiel als die Eingangsspannung des Elektromotors 349. Der Spannungsabfall aufgrund der Leitungen von dem Inverter-Schaltkreis 357 zu dem Elektromotor 349 verbleiben ebenfalls auf dieselbe Art. Eine solche Spannung wird jedoch als innerhalb eines Bereichs von annähernd null, also Kurzschluss, angesehen.
Wie vorstehend beschrieben, kann die graduelle Erhöhung des Kurzschluss-Zeitverhältnisses Duty einen Übergangs-Stromsprung in dem Prozess des Übergangs in die Kurzschluss-Bremsperiode verhindern. Außerdem kann ein Überstrom verhindert werden. Entsprechend kann ein Ausfall jeder Komponente in dem Inverter-Schaltkreis 357 und einer Fehlfunktion des Elektromotors 349, verursacht durch einen Überstrom, vermieden werden.
Insbesondere in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird die Erhöhungsgeschwindigkeit dDuty/dt des Kurzschluss-Zeitverhältnisses graduell verringert. Somit kann, selbst wenn die Geschwindigkeitsbedingung des Elektromotors 349 innerhalb eines großen Bereichs ist, wenn das Invertergerät in die Kurzschluss-Bremsperiode eintritt, ein Übergangs-Stromsprung vermieden werden. Für ein solches Problem ist die Gestaltung der Erhöhungsgeschwindigkeit von Duty um T2 wirkungsvoll unter der Bedingung, dass die Geschwindigkeit hoch ist, und die Gestaltung der Erhöhungsgeschwindigkeit von Duty um T3 ist wirksam unter der Bedingung, dass die Geschwindigkeit niedrig ist.
Um eine Überspannung aufgrund der Regeneration zu der DC-Energiequelle 374 bei hoher Geschwindigkeit zu unterdrücken, kann die Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsgeschwindigkeit dDuty/dt um T3 herum, das ist die spätere Hälfte der Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsperiode, minimiert werden. Dies wird ermöglicht durch die Gestaltung, in der die Erhöhungsgeschwindigkeit erhöht wird innerhalb des Bereichs, in dem der Übergangs-Stromsprung erlaubt wird unter der Bedingung einer moderaten bis niedrigen Geschwindigkeit.
Ein Überstrom der Leitungsströme, wenn das Invertergerät mit der Geschwindigkeitsbedingung in einem weiten Bereich des Elektromotors 349 in die Kurzschluss-Bremsperiode eintritt, kann verhindert werden. Außerdem kann eine Überspannung, verursacht durch eine Regeneration der DC-Energiequelle 374, ebenfalls verhindert werden. Eine Geschwindigkeitsinformation wird nicht benötigt. Somit kann ein Elektromotor 349, der als sensorlos bezeichnet wird ohne einen Sensor zur Positionsermittlung und einen Sensor zur Geschwindigkeitsermittlung, verwendet werden. Somit kann eine kostengünstige Konfiguration implementiert werden.
Selbst ein Invertergerät, in dem der Elektromotor 349 nicht in eine Richtung rotiert, sondern nach rechts oder nach links rotiert, wie einer Waschmaschine, kann in die Kurzschlussbremsungs-(Kurzschluss-Brems)Periode übergehen, unabhängig von der Phasensequenz.
Die 16 ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm des Invertergeräts gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die 16 illustriert das Betriebs-Wellenform-Diagramm bevor und nachdem der Elektromotor 349 und die Trommel 346, das ist die Last, anhalten nach einem weiteren Verstreichen von Zeit nach der in der 15 illustrierten Periode.
Die 16(a) illustriert die Geschwindigkeit der Trommel 346, die 16(b) illustriert die Strom-Wellenformen von Iu, Iv, Iw und die 16(c) ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm illustrierend das Cs Signal ausgegeben von der Kurzschlussstrom-Ermittlungseinheit 403. Die 16(d) ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm, dass das K Signal als ein Eingangssignal der Schalteinheit 369 illustriert und die 16(e) ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm, das ein Klappen-Verriegelungssignal Srk eingegeben in die Klappen-Verriegelungseinheit 419 illustriert.
Der in den Kurzschluss-Bremszustand gebrachte Elektromotor 349 verringert seine Geschwindigkeit, und zu derselben Zeit reduzieren sich die Frequenzen der Leitungsströme ungefähr proportional zu der Geschwindigkeit. Die Amplitude der Leitungsströme reduziert sich letztlich und konvergiert gegen null zu dem Punkt, bei dem die Geschwindigkeit zu null wird.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist der Ausgang der Strom-Detektionseinheit 359 in dem Fall eines Nullstroms ungefähr 2,5 V, das ist beinahe der halbe Wert der 5 V-Energiequelle. Die Schaltelemente 354, 355, 356 speichern vor dem Start des Betriebs die Werte in ihrem Aus-Zustand als Offset-Werte korrespondierend zu dem Nullstrom, verwenden diese Werte und behandeln diese Werte als Absolutwerte der Leitungsströme jeder Phase.
Die Zeit von wenn der Elektromotor 349 in die Kurzschlussbremsung gebracht wird bis dass der Elektromotor 349 anhält hängt ab von der Geschwindigkeit des Elektromotors 349 und dem Trägheitsmoment der Last zu dem Punkt, an dem der Elektromotor 349 in die Kurzschlussbremsung gebracht wird. Diese Zeit hängt außerdem ab von dem Induktanzwert und dem Widerstandswert des Elektromotors 349, Spannungen (VCE(SAT)) der Schaltelemente 354, 355, 356 in ihrem Ein-Zustand, und dergleichen. Die Zeit von wenn der Elektromotor 349 in die Kurzschlussbremsung gebracht wird bis dass der Elektromotor 349 anhält ist nicht konstant. Somit wird in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ein Stromwert, der als ein physikalisches Phänomen auftritt, mit der Reduzierung der Geschwindigkeit verwendet, um den Zustand zu detektieren, in dem die Geschwindigkeit des Elektromotors 349 ausreichend niedrig wird.
Insbesondere wird, in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, zu der Zeit T1, zu der die Absolutwerte der Momentanwerte der drei Leitungsströme Iu, Iv, Iw alle zu weniger als 0,6 A werden, das Cs Signal zu high. Die Geschwindigkeit der Trommel 346 reduziert sich zu ungefähr 7 r/min.
Nach dem Empfangen des Cs Signals, das bei T1 zu high wird, setzt die Kurzschlussbremsungs-Steuereinheit 398 die K- und KA Signale bei T2 auf high, nachdem die Verzögerungszeit von 0,15 Sekunden verstrichen ist. Die Zustände der Schalteinheit 369 und der Schalteinheit 400 werden geändert, um eine Ein-Aus-Steuerung der sechs Schaltelemente 351, 352, 353, 354, 355, 356 zu ermöglichen. Außerdem wird ein kontrollierter Strom zugeführt zu den Wicklungen 342, 343, 344 des Elektromotors 349 von der DC-Energiequelle 374 mit Idr0, Iqr0, θ0 von dem Signalgenerator 401 effektiv beeinflussend.
Insbesondere wird die Geschwindigkeit der Trommel 346 zu beinahe null bei der Bremsung. Somit steuert der Controller 358 die Schaltelemente 351, 352, 353, 354, 355, 356, so dass Ströme von der DC-Energiequelle 374 zu den Wicklungen 342, 343, 344 zugeführt werden.
Die Ausgänge Idr0, Iqr0, θ0 von dem Signalgenerator 401 sind bei T2 alle null. Allerdings wird, bei T3, nachdem 20 ms verstrichen sind, nur Idr0 zu 3 A, und dieser Zustand dauert für 300 ms an.
Während dieser Periode wird eine stationäre magnetomotorische Kraft ohne Rotation und mit konstanter Energie erzeugt in dem Elektromotor 349 mit den Strömen der Wicklungen 342, 343, 344. Dann wird die Geschwindigkeit zu null mit dem Zustand, der als Positionierung bezeichnet wird, und der Elektromotor 349 wird vollständig bewegungslos.
Danach überträgt, wie in der 16(e) illustriert, der Controller 358 das Klappen-Verriegelungssignal Srk mit einem High-Pegel zu der Klappen-Verriegelungseinheit 419. Die Klappen-Verriegelungseinheit 419 bestromt die Spule 420, wodurch der Benutzer die Klappe 416 öffnen kann.
Nachdem ermittelt wurde, dass der Elektromotor anhält, kann das Invertergerät zu dem nächsten notwendigen Prozess als eine Waschmaschine mit der Instruktion von der Sequenz-Erzeugungseinheit 399 übergehen.
Wie oben beschrieben, kann die Sicherheit sichergestellt werden mit einer kostengünstigen, einfachen Konfiguration ohne die Verwendung eines Positionssensors oder eines Geschwindigkeitssensors bei der Verwendung einer Kurzschlussbremsung, aufgrund der passenden Stopp-Ermittlung basierend auf dem Strom der Periode, in dem die Kurzschlussbremsung verwendet wird.
Die 17 ist ein Flussdiagramm, wenn die Bremsung gestartet wird bei dem Ende des Schleudervorgangs oder während des Schleudervorgangs gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In der Figur geht, wenn der Bremsvorgang gestartet wird (Schritt S430), das Invertergerät in die Kurzschlussbremsung (BRQ) über (Schritt S431) und tritt in die Kurzschluss-Bremsperiode nachfolgend zu der Spannungs-Reduzierungsperiode, wie mit Bezug auf die 15 beschrieben, ein.
An dem Punkt, an dem ermittelt wird, dass die Geschwindigkeit verringert ist, so dass sie beinahe null ist, mit Cs (Schritt S432), wird die Stromzufuhr gestartet (Schritt S434). In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird ein Gleichstrom von dem U-Anschluss an den V-Anschluss und den W-Anschluss während der Periode von 300 ms (gleich 0,3 Sekunden) geliefert mit dem Zustand, in dem das KA Signal high wird und die Stromsteuerfunktion, verwendet für die Antriebskraft-Laufzeit, verwendet wird. Wenn der Betrieb des Inverter-Schaltkreises 357 und der Leitungen zu dem Elektromotor 349 zu diesem Punkt normal sind, übersteigen die Werte der Leitungsströme aller Phasen U, V, W 0,6 A.
Mit dem Zustand, in dem die Stromsteuerung in Kraft tritt, wird ermittelt, ob die Absolutwerte der Leitungsströme 0,6 A übersteigen oder nicht (Schritt S435). Wenn ja, wird der Verriegelungs-Lösungsvorgang gestartet (S437). Die Spule 420 wird bestromt, wobei der Benutzer die Klappe 416 öffnen kann.
Andererseits, falls nein, wartet das Invertergerät, bis dass die Absolutwerte der Leitungsströme aller Phasen 0,6 A übersteigen. Da der Verriegelungs-Lösungsvorgang nicht gestartet wird, kann die Sicherheit des Benutzers sichergestellt werden.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird der in der 17 illustrierte Betrieb einmal ausgeführt in dem Stadium, in dem die Energiequelle des Invertergeräts eingeschaltet wird. Beispielsweise wird, wenn die Rotation der Trommel 346 andauert, weil die Bremsung in dem vorgehenden Vorgang nicht komplett beendet wurde, der Zustand der Klappen-Verriegelungseinheit 419 beibehalten, um den Benutzer von dem Öffnen der Klappe 416 abzuhalten, um eine Gefahr für den Benutzer soweit wie möglich zu verhindern.
Insbesondere in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird die Kurzschluss-Bremsperiode gebildet, wobei der Controller 358 implementiert werden kann mit einer einfachen Programmarchitektur. Außerdem wird ein Ausgangswert der Strom-Detektionseinheit 359 in einem korrekten Nullstrom-Zustand als ein Offset-Wert verwendet in dem letzten Stadium während der Kurzschluss-Bremsperiode. Somit wird ein absoluter Stromwert behandelt. Außerdem wird, wenn zum Beispiel die Strom-Detektionseinheit 359 während der Kurzschlussbremsung eine Fehlfunktion aufweist, ein Ausgangssignal wahrscheinlich festgelegt, beispielsweise zu 0 V oder 5 V, unabhängig von dem tatsächlichen Stromwert. In einem solchen Fall wird das Cs Signal weniger wahrscheinlich zu high, wodurch eine hohe Sicherheit sichergestellt werden kann.
Der Controller 358 steuert die Schaltelemente 351, 352, 353, 354, 355, 356, so dass während der Stromzufuhrperiode Ströme von der DC-Energiequelle 374 den Wicklungen 342, 343, 344 zugeführt werden. Ob eine Unterbrechung der Leitungen auftritt oder nicht wird ermittelt basierend darauf, ob die Stromzufuhr wirksam durchgeführt wird oder nicht. Somit unterbindet, selbst wenn während der Kurzschluss-Bremsperiode eine Unterbrechung auftritt, die Klappen-Verriegelungseinheit 419 das Öffnen der Klappe 417 durch den Benutzer. Entsprechend kann die Sicherheit sichergestellt werden.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird der Wert überschreitend 0,6 A verwendet als die Werte der Ströme der jeweiligen Wicklungen 342, 343, 344 des Elektromotors 349 während der Stromzufuhrperiode. Diese Werte können jedoch gleich oder weniger als 0,6 A sein. Eine Steuerung unter Verwendung eines Stroms mit der minimalen Auflösung der Strom-Detektionseinheit 359 arbeitet wirksam als eine Stromsteuerung. Wenn eine Unterbrechung der Leitungen nicht auftritt, zeigt die Strom-Detektionseinheit 359 irgendeine Reaktion, die diese Situation kennzeichnet. Somit kann der Unterschied zwischen dem Fall, in dem die Unterbrechung auftritt, und dem Normalfall detektiert werden. Somit kann die Ermittlung basierend auf der angelegten Spannung während der Stromsteuerung zusammen verwendet werden.
In dem Fall, in dem ein sicherer Positionierungsvorgang beabsichtigt ist mit dem Zustand, in dem Wäsche 345 in der Trommel 346 platziert ist, ist es notwendig, dass die Stromzufuhrperiode länger ist, oder es ist notwendig, dass der Stromwert weiter erhöht wird.
Der Positionierungsvorgang ist jedoch nicht immer notwendig. Es ist völlig wirksam, wenn ein Auftreten eines Fehlers, verursacht durch eine Unterbrechung, ermittelt werden kann basierend darauf, ob die Stromsteuerung einfach gut funktioniert oder nicht. Selbst wenn der sichere Positionierungsvorgang beabsichtigt ist, führt eine Zufuhr eines Gleichstroms für eine oder mehr Sekunden zu einer Verlängerung der Betriebszeit und einer Ressourcenverschwendung aufgrund des elektrischen Energieverbrauchs.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist die Stromzufuhrperiode 300 ms, und der Stromwert ist derjenige, der 0,6 A übersteigt, welches beide relativ kleine Werte sind. Somit ist die Rotation der Trommel 346 mit dem Drehmoment generiert direkt nach dem Beginn der Stromzufuhrperiode, eine Rotation oder weniger pro Minute.
Insbesondere in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird das Auftreten einer Unterbrechung bestätigt mit dem Zustand, in dem der Strom ausreichend gering ist, wobei der Eingang des Elektromotors 349 kurzgeschlossen ist, und der Elektromotor 349 beinahe angehalten ist. Somit ist der Positionierungsvorgang, also der Vorgang, bei dem der Phasenunterschied zwischen dem erzeugten Gleichstrom-Magnetfeld und der d-Achse ausreichend kleiner gemacht wird, nicht notwendig. Entsprechend wir die minimale Periode von gleich oder weniger als 500 ms festgelegt als die Stromzufuhrperiode, und eine neue Bewegung der Trommel 346 wird während dieser Periode nicht erzeugt. Entsprechend ist die Stopp-Ermittlung möglich für eine kurze Zeit, und ein hochqualitatives Invertergerät ohne unnötige Bewegung kann implementiert werden.
Je mehr sich der Stromwert während der Stromzufuhrperiode erhöht, desto größer wird das Drehmoment für die Positionierung. Wenn jedoch die Stromzufuhrperiode als kurz, sowie 1 ms, festgelegt wird, wird das Drehmomentprodukt (das Produkt aus dem generierten Drehmoment und der Zeit), das auf die Trommel 346 ausgeübt wird, klein. Die neue Bewegung (Winkelbeschleunigung) der Trommel 346, verursacht durch das Drehmomentprodukt, kann niedrig gehalten werden bis zu einem vernachlässigbaren Ausmaß. Somit wird die Bewegungsenergie, die während der Stromzufuhrperiode erzeugt wird, aufgrund der Reibung des Lagers der Trommel 346 in einer vorgegebenen kurzen Zeit absorbiert, so dass die Trommel 346 still steht. Somit kann eine sichere Ermittlung bezüglich des Auftretens einer Unterbrechung basierend auf dem Stromwert, der die minimale Auflösung der Strom-Detektionseinheit 359 weit übersteigt, durchgeführt werden. Entsprechend kann ein hochqualitatives Invertergerät ohne unnötige Bewegung in einer kurzen Zeit implementiert werden.
Die Studien der Erfinder haben ergeben, dass, wenn während der Stromzufuhrperiode ein Strom zugeführt wird, die Anzahl der Rotationen der Trommel 346 beschränkt ist auf eine oder weniger innerhalb von 10 Sekunden, wenn der Absolutwert des Stromwerts jedes Leitungsstroms gleich oder weniger als 1,5 A innerhalb von 5 ms ist. Insbesondere wenn der Absolutwert 1 A innerhalb von 300 ms ist, ist die Anzahl der Drehungen beschränkt auf eine oder weniger innerhalb von 2 Sekunden. Aus dem oben genannten ergibt sich, dass das Invertergerät gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wirkungsvoll ist von dem Standpunkt des Herstellens der Sicherheit eines Benutzers und der Qualität.
Wie vorstehend beschrieben, kann die vorliegende beispielhafte Ausführungsform ausreichend das Problem verhindern, in dem ein Drehmoment zum Rotieren der Trommel 346 erzeugt wird aufgrund der Bildung der Stromzufuhrperiode. Dementsprechend gibt es, selbst wenn der Benutzer die Klappe 117 öffnet, direkt nachdem zumindest die Verriegelung mit der Klappen-Verriegelungseinheit 419 gelöst ist, keine Möglichkeit, dass eine Gefahr erzeugt wird aufgrund der Rotation der Trommel 346 mit dem Drehmoment generiert während der Stromzufuhrperiode.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist die Rotationsachse der Trommel 346 horizontal. Die Rotationsachse kann jedoch vertikal oder geneigt sein.
Der Energieübertragungspfad zum Rotieren und Antreiben der Trommel 346 wird gebildet unter Verwendung einer Riemenscheibe 410 und eines Riemens 348. Der Pfad kann jedoch unter Verwendung von Getrieben gebildet werden. Alternativ kann ein Elektromotor direkt auf der Achse der Trommel 346 angeordnet sein, und der Elektromotor kann mit derselben Geschwindigkeit rotieren. Diese Konfiguration wird als Direktantrieb bezeichnet.
Die Konfiguration der Klappen-Verriegelungseinheit 419 ist nicht beschränkt auf die in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform beschriebene Konfiguration. Eine Vielzahl von Klappen-Verriegelungseinheiten kann vorgesehen sein. Beispielsweise können eine erste Klappen-Verriegelungseinheit, die das Lösen der Verriegelung zu jeder Zeit durch die Betätigung des Griffs durch den Benutzer erlaubt, und eine zweite Klappen-Verriegelungseinheit, die das Lösen der Verriegelung mit Signalen von dem Controller ermöglicht, zusammen verwendet werden. Alternativ kann die Klappen-Verriegelungseinheit so konfiguriert sein, dass die Klappe immer verriegelt ist, wenn sie geschlossen ist, und die Verriegelung gelöst wird mit Signalen von dem Controller. Alternativ kann die Betätigung des Griffs unterbunden sein mit den Signalen von dem Controller. In jedem Fall kann jede Konfiguration verwendet werden, solange man gemäß den Signalen von dem Controller ändern kann, ob der Benutzer die Klappe öffnen kann oder nicht.
Wie oben beschrieben, steuert in der Waschmaschine gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform der Controller 358 die Schaltelemente 354, 355, 356, so dass den Wicklungen 342, 343, 344 Strom zugeführt wird von der DC-Energiequelle 374, nachdem die Geschwindigkeit der Trommel 346 zu beinahe null wird bei der Bremsung des Elektromotors 349. Dann wird das Öffnen der Klappe 417 ermöglicht durch die Klappen-Verriegelungseinheit 419. Somit kann die Sicherheit sichergestellt werden mit einer einfachen Konfiguration.
Außerdem steuert, in der Waschmaschine gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, der Controller 358 die Schaltelemente 354, 355, 356, so dass der Ausgang der Strom-Detektionseinheit 359 zu einem vorgegebenen Wert wird, nachdem die Geschwindigkeit der Trommel 346 zu beinahe null wird beim Bremsen. Dann wird das Öffnen der Klappe 417 ermöglicht durch die Klappen-Verriegelungseinheit 419. Somit kann die Sicherheit sichergestellt werden mit einer einfachen Konfiguration.
Außerdem behält, in der Waschmaschine gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, der Controller 358 den Zustand bei, in dem das Öffnen der Klappe 417 unterbunden ist mit der Klappen-Verriegelungseinheit 419, wenn der Ausgang der Strom-Detektionseinheit 359 geringer ist als der vorgegebene Wert, nachdem die Geschwindigkeit der Trommel 346 bei dem Bremsen zu beinahe null wird. Somit kann die Sicherheit mit einer einfachen Konfiguration sichergestellt werden.
VIERTE BEISPEILHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
Die 18 ist ein Blockschaltbild, das eine zentrale Recheneinheit 440 in einem Invertergerät gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist ein Teil der Konfiguration der zentralen Recheneinheit 440 unterschiedlich von der dritten beispielhaften Ausführungsform. Die anderen Konfigurationen sind ähnlich. Nur die Komponenten, die sich von der dritten beispielhaften Ausführungsform unterscheiden, werden beschrieben.
In der 18 enthält der Controller 440 eine Kurzschlussbremsungs-Steuereinheit 441, eine Sequenz-Erzeugungseinheit 442, eine Schalteinheit 443 und einen Signalgenerator 444. Wenn mit einem b-Seiten-Anschluss mit einem Kb-Signal von der Freqzenz-Erzeugungseinheit 442 verbunden, schaltet der Controller 440 die Eingangssignale Vd, Vq und θ der zweiten Koordinatentransformationseinheit 388 zu Vd0, Vq0 und θ0 von dem Signalgenerator 444. Der Controller 440 schaltet außerdem das Eingangssignal θ der ersten Koordinatentransformationseinheit 380 zu θ0 von dem Signalgenerator 444. Gemäß dieser Vorgänge legt der Controller 440 eine vorgegebene Spannung an den Elektromotor 349 an.
Die anderen Konfigurationen sind ähnlich zu denen in der dritten beispielhaften Ausführungsform.
Die 19 ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm des Invertergeräts gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die 19(a) illustriert die Geschwindigkeit der Trommel 346, die 19(b) illustriert Strom-Wellenformen von Iu, Iv, Iw und die 19(c) illustriert ein Cs Signal ausgegeben von der Kurzschlussstrom-Ermittlungseinheit 403. Die Figur 19(d) illustriert ein K Signal als ein Eingangssignal der Schalteinheit 369 und die 19(e) illustriert ein Klappen-Verriegelungssignal Srk eingegeben in die Klappen-Verriegelungseinheit 419.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist der Betrieb nach T3 unterschiedlich von der ersten beispielhaften Ausführungsform. Die Stromzufuhrperiode ist kurz, wie 20 ms. Ein Wert, der 0,6 A geringfügig übersteigt, der kein Rauschproblem hat und nahe dem unteren Limit detektierbar von der Strom-Detektionseinheit 359 ist, wird als Stromwert verwendet.
Die 20 ist ein Flussdiagramm, wenn die Bremsung gestartet wird zum Ende eines Schleudervorgangs oder während des Schleudervorgangs gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In der 20, wenn die Bremsoperation gestartet wird (Schritt S450), geht das Invertergerät in die Kurzschlussbremsung (BRQ) über (Schritt S451) und tritt in die Kurzschluss-Bremsperiode, die sich an die Spannungs-Reduzierungsperiode anschließt, ein, wie mit Bezug auf die 15 beschrieben.
An dem Punkt, an dem die Geschwindigkeit reduziert ist, um beinahe null zu sein mit Cs (Schritt S452), wird die Spannungszufuhr gestartet (Schritt S455). Während der Periode von 20 ms, nachdem das Kb-Signal high wird, wird eine positive Spannung an den U-Anschluss angelegt und dieselbe negative Spannung wird an den V- und W-Anschluss angelegt von der DC-Energiequelle 374 durch die Schaltelemente 351, 352, 353, 354, 355, 356.
Wenn der Betrieb des Inverter-Schaltkreises 357 und die Leitungen zu dem Elektromotor 349 zu diesem Punkt normal sind, überschreiten die Absolutwerte der Leitungsströme aller Phasen U, V und W 0,6 A.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird ermittelt, ob oder nicht der minimale Wert der Spitze des Absolutwerts des Leitungsstroms jeder Phase innerhalb von 20 ms 0,6 A übersteigt, das ist ein Schwellenwert, durch den Vergleich (Schritt S455). Wenn er 0,6 A übersteigt, wird der Verriegelungs-Lösungsvorgang gestartet (Schritt S457). Die Spule 420 wird bestromt, wodurch der Benutzer die Klappe 416 öffnen kann.
Andererseits, wenn er 0,6 A nicht übersteigt, wird eine Fehleranzeige durchgeführt (Schritt S458). Das Invertergerät informiert den Benutzer über das Auftreten des Fehlers, während er den Status beibehält, in dem der Benutzer die Klappe 416 nicht öffnen kann. Somit kann die Sicherheit des Benutzers sichergestellt werden.
In einem Invertergerät, das keine Vektorsteuerung verwendet, kann eine Festlegung durchgeführt werden mit Spannungswerten der U-, V-, W-Phasen. Es kann mit einer simplen Konfiguration sicher ermittelt werden, dass kein Strom fließt, wenn eine Unterbrechung auftritt.
Da die Stromzufuhrperiode kurz ist, so wie 20 ms, wird ein während der Stromzufuhrperiode erzeugtes Drehmomentprodukt (Produkt aus Drehmoment und Zeit) klein. Somit wird die Winkelgeschwindigkeit 1 rad extrem klein, so wie eine Rotation oder weniger pro Minute, mit einem Trägheitsmoment von 0,3 kg pro Quadratmeter mit einer leeren Trommel 346. Somit steht die Trommel 346 still innerhalb von ungefähr 10 ms aufgrund von Reibung von Lagern und dergleichen.
Wenn sich die Trommel 346 wieder bewegt, nachdem sie temporär anhielt, in der Konfiguration, in der die Klappe 417 teilweise aus transparentem Glas gemacht ist, damit der Benutzer die Rotation der Trommel 346 sehen kann, könnte der Benutzer ein unbehagliches Gefühl und einen Anflug von Unsicherheit haben. Das Invertergerät gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform eliminiert einen solchen Anflug und hat eine exzellente Qualität.
Wie vorstehend beschrieben, in der Waschmaschine gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, wird die Geschwindigkeit der Trommel 346 zu einer Rotation oder weniger pro Minute, nachdem die Geschwindigkeit der Trommel 346 beim Bremsen beinahe zu null wird. Somit kann eine hohe Sicherheit des Benutzers erreicht werden.
FÜNFTE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
Die 21 ist ein Diagramm, das ein Betriebs-Wellenform-Diagramm jeweiliger Komponenten vor und nach einer Stromzufuhrperiode zum Zuführen eines Stroms zu dem Elektromotor 349 zeigt, nachdem die Geschwindigkeit der Trommel 346 beim Bremsen beinahe zu null wird, gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die 21(a) illustriert Ströme Iu, Iv, Iw zugeführt zu den Wicklungen 342, 343, 344 des Elektromotors 349, die 21(b) illustriert ein Cs Signal und die 21(c) illustriert ein K Signal.
Die vorliegende beispielhafte Ausführungsform ist ähnlich zu den dritten und vierten beispielhaften Ausführungsformen, ausgenommen die Wellenformen der Ströme, die dem Elektromotor 349 von dem Inverter-Schaltkreis 359 zugeführt werden. Der Riemen 348 wird verwendet als ein Energieübertragungspfad zwischen dem Elektromotor 349 und der Trommel 346. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist die Periode von T3 bis T4 auf 500 ms während der Stromzufuhrperiode gesetzt, und die zugeführten Ströme sind groß. Somit ist der Positionierungsvorgang bei T4 sicher beendet, selbst wenn die Trommel 346 Wäsche 345 enthält. Der Betrieb nach T4 wird unten beschrieben.
Während der Periode von 80 ms von T5 bis T6 wird Strom von dem V-Anschluss zu dem W-Anschluss zugeführt. Eine schwache magnetomotorische Kraft mit einer Phase, in der ein elektrischer Winkel um 90 Grad fortgeschritten ist relativ zu den Polaritäten von Permanentmagneten 340, 341 bei T5 aufgrund des Positionierungsvorgangs während T3 bis T4, wird während T5 bis T6 erzeugt.
Die 22 illustriert Phasen der Permanentmagnete 340, 341 des Elektromotors 349, in dem Fall, in dem der Riemen 348 normal ist, und in dem Fall, in dem der Riemen 348 entkoppelt (oder beschädigt) ist, gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die 22(a) illustriert Phasen bei T4, dieen 22(b) und (c) illustrieren Phasen bei T6 und die 22(d) und (e) illustrieren Phasen bei T8.
Die Anzahl der Permanentmagneten 340, 341 ist die Anzahl der Polaritäten. Die 22 illustriert allerdings zum einfachen Verständnis einen Motor mit zwei Polaritäten, wobei ein mechanischer Winkel und ein elektrischer Winkel einander gleich sind. Realistischerweise kann die Anzahl der Polaritäten 4, 6, 8 und dergleichen sein.
In der 22(a) wird ein großer Strom zugeführt für eine ausreichend lange Zeit während der Periode von T3 bis T4. Somit ist, sowohl in dem Fall, in dem der Riemen 348 normal ist, als auch in dem Fall, in dem der Riemen 348 entkoppelt ist, die Richtung des Permanentmagneten 340 anzeigend den N-Pol, also die Richtung der d-Achse, beinahe gleich zu dem Stromvektor Ia, was bedeutet, dass die Positionierung durchgeführt wird.
Insbesondere kann ein Verfahren zum Anlegen eines rotierenden magnetischen Feldes manchmal wirksam sein für den Positionierungsvorgang. Mit diesem Verfahren wird eine Stromzufuhr mehrere Male durchgeführt mit einem elektrischen Winkel, der um 90 Grad verschoben ist, unter der Annahme, dass ein Verhindern eines Totpunkts mit einer Erzeugung eines DC-Magnetfeldes schwer ist.
Die Positionierungsenergie während der Periode von 80 ms von T5 bis T6 ist geringfügig schwach. Somit werden, bei T6, ein großes Trägheitsmoment Jd der Trommel 346 und ein Reibungselement auf das Lager der Trommel 346 addiert mit dem Zustand, in dem der Riemen 448 normal gekoppelt ist. Entsprechend ist, wie in der 22(b) illustriert, die Richtung der d-Achse kaum verändert gegenüber dem Zustand illustriert in der 22(a).
Andererseits, wenn der Riemen 348 wie in der 22(c) gezeigt, vor T5 entkoppelt wird, gibt es nur eine geringe Reibung, also Trägheitsmoment Jm, nur des Elektromotors 349 und nur des Lagers im Elektromotor 349. Somit wird die Positionierung während der Periode von T5 bis T6 wirksam durchgeführt, wobei die Phasen von dem in der 22(a) illustrierten Zustand geändert werden, so dass sich der elektrische Winkel um ca. 90 Grad unterscheidet.
Das äquivalente Trägheitsmoment der Trommel in Anbetracht der Achse des Elektromotors 349 wird zu dem Wert, der erhalten wird durch das Dividieren des Trägheitsmoments Jd auf der Achse der Trommel 346 durch das Quadrat des Geschwindigkeitsreduktionsverhältnisses der Riemenscheibe. Es ist allerdings, in einer normalen Waschmaschine vom Trommeltyp, signifikant größer als Jm, selbst wenn die Trommel 346 leer ist. Somit ist der Unterschied zwischen dem Fall, in dem der Riemen 348 vorhanden ist, und dem Fall, in dem der Riemen 348 abwesend ist, extrem groß.
Wenn ein großer Strom zugeführt wird für eine lange Zeit während der Periode von T5 bis T6, wird der Positionierungsvorgang, in dem die Trommel 346 über den Riemen 348 rotiert wird, effektiv durchgeführt, sogar wenn der Riemen 348 normal ist. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform werden die Stromzufuhrperiode und der Stromwert zu Werten ermittelt, durch die die Positionierung nicht durchgeführt wird mit dem Zustand, in dem der Riemen 348 vorhanden ist.
Während der Periode von T7 bis T8 wird wieder ein Strom zugeführt für eine sehr kurze Zeit, wie 2 ms, mit derselben Phase wie die Phase während der Periode von T3 bis T4. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird ein Induktanzwert L erhalten aus der Beziehung zwischen der Stromanstiegsgeschwindigkeit dl/dt während dieser Periode und der Spannung V gemäß (Gleichung 5).
[Gleichung 5]

L = V/( dl / dt)(H)

Die Permanentmagnete 341, 342 sind verborgen, so dass sie die Beziehung von Lq > Ld haben.
In der 22(d), in der der Riemen 348 normal ist, wird L ungefähr Ld relativ zu der Phase des zugeführten Stroms Ia. Andererseits wird L ungefähr Lq in der 22(e), und die Phasen bei T8 (ungefähr gleich bei T6 und T7) können erkannt werden. Somit kann bestimmt werden, ob der Riemen 348 normal ist oder nicht, darauf basierend, ob der Positionierungsvorgang während der Periode von T5 bis T6 wirksam durchgeführt wird oder nicht.
Die Periode von T7 bis T8 ist die letzte Stromzufuhrperiode, bevor die Klappen-Verriegelungseinheit 419 in den Lösungszustand gebracht wird (den Zustand, in dem der Benutzer die Klappe 417 öffnen kann). Diese Periode wird als extrem kurz festgelegt, so wie 2 ms. Somit wird eine neue Bewegung der Trommel 346, in dem Fall, in dem der Riemen 348 normal vorhanden ist, nicht erzeugt. Somit ist das Invertergerät gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform bezüglich der Sicherheit exzellent und erzeugt keine unnötige Bewegung, und hat somit eine hohe Qualität.
Nicht nur kann ermittelt werden, dass der Elektromotor 349 nur anhält, sondern es kann in diesem Stadium auch bestätigt werden, ob oder ob nicht der Riemen 348, der den Energieübertragungspfad bildet, entkoppelt oder beschädigt ist.
Insbesondere wenn der Riemen 348 entkoppelt oder beschädigt ist in einem Stadium nahe dem letzten Stadium der Bremsung, rotiert die Trommel 346 mit Trägheit weiter. Somit verbleibt das Sicherheitsproblem nur mit der korrekten Ermittlung des Anhaltens des Elektromotors 349.
Für diesen Punkt kann die vorliegende beispielhafte Ausführungsform detektieren, dass der Riemen 348 normal ist und keine Unterbrechung in den Leitungen zu dem Elektromotor 349 auftritt. Die vorliegende beispielhafte Ausführungsform kann außerdem detektieren, dass der Pfad von dem Inverter-Schaltkreis 359 zu der Trommel 346 normal ist und der angehaltene Zustand etabliert ist. Wenn diese Bedingungen nicht erfüllt sind, wird ermittelt, dass ein Fehler des Energieübertragungspfads, also ein Versagen des Riemens 348, detektiert ist. Somit behält die Klappen-Verriegelungseinheit 419 den Zustand bei, in dem der Benutzer die Klappe 417 nicht öffnen kann. Entsprechend kann ein Invertergerät mit hoher Sicherheit implementiert werden.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird die Stromzufuhr zum Erhalten der Induktanz L durchgeführt von einer Stromquelle, auf die eine Stromregelung ausgeübt wird. Dies ist allerdings nicht besonders auf die Stromquelle beschränkt. Eine vorgegebene Spannung V kann angelegt werden, und die Berechnung kann durchgeführt werden basierend auf einer Stärke des Stroms oder einer Stromerhöhungsgeschwindigkeit (dl/dt). Alternativ, anstatt Strom oder Spannung mit einer fixen Phase zuzuführen, kann intermittierend ein schneller Strom zugeführt werden, oder ein schwacher Strom kann kontinuierlich zugeführt werden, während der Änderung einer Phase und einer Stärke des Stromwerts über die Zeit. Die Zufuhr von Strom oder Spannung in einem Ausmaß, in dem die Trommel 346 und der Elektromotor 349 kaum rotieren zumindest in dem Zustand, in dem der Riemen 348 normal ist, ist wirkungsvoll, um die Richtung der d-Achse oder q-Achse zu finden. Zusätzlich zu der Detektion der Selbstinduktanz L kann es konfiguriert sein, so dass die Position eines Rotors detektiert wird unter Verwendung der beiderseitigen Induktanz von einem Spannungswert oder einem Stromwert mit einer Komponente, die gegenüber der Phase der zugeführten Spannung oder des zugeführten Stroms elektrisch um 90 Grad verschoben ist.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird der Riemen 348 verwendet als der Energieübertragungspfad. Somit, verglichen mit den anderen Typ von Energieübertragungspfad, ist die vorliegende beispielhafte Ausführungsform geringfügig nachteilig bezüglich der Verlässlichkeit aufgrund einer Entkopplung des Riemens oder eines Versagens des Riemens. Allerdings hat die vorliegende beispielhafte Ausführungsform, die angemessen detektiert, dass der Riemen beschädigt ist, eine hohe Effektivität.
Der Energieübertragungspfad kann unter Verwendung von Getrieben anstatt des Riemens 348 gebildet werden. Die Verwendung der Konfiguration der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform mit einer solchen Struktur bietet den Effekt der Lösung des Sicherheitsproblems verursacht durch eine Fehlfunktion.
Wie vorstehend beschrieben hat die Waschmaschine gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform den Energieübertragungspfad 348 zwischen dem Elektromotor 349 und der Trommel 346. Wenn eine Fehlfunktion des Energieübertragungspfads 348 während der Stromzufuhrperiode zum Zuführen eines Stroms zu dem Elektromotor 349 detektiert wird, nachdem die Geschwindigkeit der Trommel 346 beinahe zu null wird beim Bremsen, hat die Waschmaschine den Energieübertragungspfad 348 zwischen dem Elektromotor 349 und der Trommel 346, und der Controller 358 behält den Zustand bei, in dem das Öffnen der Klappe 417 durch den Benutzer unterbunden ist. Mit dieser Konfiguration kann die vorliegende beispielhafte Ausführungsform eine hohe Sicherheit implementieren mit Bezug auf die Rotation der Trommel generiert, wenn eine Fehlfunktion in dem Energieübertragungspfad 348 auftritt.
SECHSTE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
Die 23 ist ein Diagramm, das ein Betriebs-Wellenform-Diagramm jeweiliger Komponenten in einem Invertergerät gemäß einer sechsten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vor und nach einer Stromzufuhrperiode zum Zuführen eines Stroms zu dem Elektromotor 349, nachdem die Geschwindigkeit der Trommel 346 beim Bremsen beinahe zu null wird, illustriert.
Die 23(a) illustriert eine Wellenform des Stroms zugeführt von V nach W, die 23(b) illustriert eine Änderung in seiner Frequenz und die 23(c) illustriert eine Amplitude (Absolutwert) einer Spannung generiert zwischen V und W. Hier ist eine Menge korrespondierend zu einer Restwelligkeit eliminiert.
Wenn der Riemen 348 normal gewunden ist zwischen dem Elektromotor 349 und der Riemenscheibe 410 an der Seite der Trommel 346, wird eine mechanische Antiresonanz-Frequenz auf der Achse des Elektromotors 349, wie unten beschrieben, berechnet. Insbesondere wird die mechanische Antiresonanz-Frequenz hauptsächlich berechnet von einer Torsionsfederkonstanten K[NM/rad] auf der Achse des Elektromotors 349 mit einer Elastizität in der longitudinalen Richtung des Riemens 348 und einem Trägheitsmoment Jm[kg pro Quadratmeter] des Elektromotors 349. Die mechanische Antiresonanz-Frequenz auf der Achse des Elektromotors 349, das ist die Resonanzfrequenz f, bei der die Winkelgeschwindigkeit und Winkelbeschleunigung zum Drehmoment maximal werden, wird berechnet nach (Gleichung 6) einer einfachen harmonischen Bewegung. [Gleichung 6]
Hier wird die Frequenz, bei der Impedanz ein lokales Maximum wird, berechnet mit dem Ersatz der Winkelgeschwindigkeit (Geschwindigkeit) und des Drehmoments (Energie) des mechanischen Systems entsprechend durch die Spannung und den Strom des elektrischen Systems. Somit ist der Ausdruck der mechanischen Antiresonanz-Frequenz ebenso richtig. In der vorliegenden Spezifikation werden Resonanz und Antiresonanz zusammen als Resonanz bezeichnet. Die mechanische Antiresonanz-Frequenz ist enthalten in der mechanischen Resonanzfrequenz.
Diese Vibrationsmode unterscheidet sich von der Mode, die erzeugt wird, wenn der für das Messen der Spannung des Riemens 348 verwendete Riemen wie eine Seite angeschlagen wird. Diese Vibrationsmode wird bestimmt durch die Rigidität (dem Reziproken der Elastizität) verursacht durch die Extension und Kontraktion des Riemens 348 in der longitudinalen Richtung, der Länge der Ausdehnung des Riemens, des Radius der Riemenscheibe, um die der Riemen gewunden ist an der Seite des Elektromotors 349, und dergleichen. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist die Vibrationsmode 55 Hz.
Die Antiresonanz-Frequenz f ist beinahe konstant unter der Bedingung, in der das Trägheitsmoment Jd der Trommel 346 relativ groß ist. Die Antiresonanz-Frequenz f wird weniger beeinflusst von Wäsche 345 und in der Trommel 346 platziertem Wasser, wenn das Trägheitsmoment Jd von nur der Trommel 346 auf der Achse der Trommel 346 0,3[kg pro Quadratmeter] ist.
Allerdings gibt es Faktoren, die f verändern, wie den Einfluss des Trägheitsmoments Jd der Trommel 346, eine Temperaturcharakteristik des Riemens, eine Änderung mit einer zeitlichen Änderung, oder eine Variation. Entsprechend ändert sich in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform die Frequenz des zugeführten Stroms auf 30 bis 80 Hz während der Stromzufuhrperiode von T10 bis T11.
Somit erzeugt der während der Stromzufuhrperiode T10 bis T11 dem Motor zugeführte Strom kein Drehmoment in eine Richtung, sondern erzeugt alternierend ein positives Drehmoment und ein negatives Drehmoment. Seine Frequenz enthält die Komponente von 55 Hz, das ist die mechanische Resonanzfrequenz von dem Elektromotor 349 und Riemen 348 und Trommel 346. Somit enthält der als eine Maschine der Trommel 346 dienende Elektromotor 349 die mechanische Resonanzfrequenz, und erzeugt ein alternierendes Drehmoment mit der Frequenz vor und nach der mechanischen Antiresonanz-Frequenz.
Das alternierende Drehmoment generiert auf dem Elektromotor 349 mit dem alternierenden Strom zugeführt zwischen V und W ist wie durch eine durchgezogene Linie illustriert, wenn ein lokaler Maximum-Punkt R bei dem Spannungs-Absolutwert |Vv – Vw| um 55 Hz, das ist die mechanische Resonanzfrequenz f, vorhanden ist. Es gibt einen Unterschied zwischen dem lokalen Maximum-Punkt R und der gestrichelten Linie, der anzeigt, dass der Riemen 348 entkoppelt ist. Somit kann ermittelt werden, dass der Riemen 348 in einem Normalzustand ist, durch das Detektieren des Vorhandenseins des R-Punktes.
Insbesondere wird durch den Riemen 348 ein alternierendes Drehmoment mit einer Resonanzfrequenz-Komponente der mechanischen Elemente enthaltend die Maschine auf den Elektromotor 349, der als die Maschine zum Rotieren und Antreiben der Trommel 346, die eine Last ist, erzeugt. Die induzierte elektromotorische Kraft der Permanentmagnete 340, 341, die ungefähr proportional zu der Amplitude der Vibration (Amplitude der Geschwindigkeit) verursacht durch das alternierende Drehmoment ist, wird auf die Wicklungen generiert. Die Amplitude der Vibration des Elektromotors 349, der als die Maschine dient, wird detektiert von der Amplitude der Eingangsspannung des Elektromotors 349, wobei ermittelt wird, ob der Riemen 348 vorhanden ist oder nicht basierend darauf, ob die mechanische Antiresonanz-Frequenz vorhanden ist oder nicht.
Ein Drehmoment wird nicht manchmal generiert mit der Zufuhr von Strom zwischen V und W in Abhängigkeit von den Phasen der Permanentmagnete 340, 341. Wenn ein Strom zugeführt wird zwischen den Phasen U und W, anders als zwischen V und W, wird die Detektion mit der in der 23(c) illustrierten Charakteristik ermöglicht bei der Zufuhr des alternierenden Stroms zwischen jeglichen Phasen, wenn der Riemen 348 normal ist. Außerdem kann detektiert werden, dass eine Unterbrechung der Wicklungen für alle drei Phasen nicht auftritt.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist die Frequenz des Stroms insbesondere festgesetzt von 30 Hz bis 80 Hz. Somit erzeugt die Trommel 346 nicht eine neue Bewegung für die Detektion während der Stromzufuhrperiode. Somit wird nur eine sehr kleine Vibration, sowie 0,1 mm oder weniger, erzeugt um die Trommel 346. Wenn die Trommel 346 durch die Klappe 417 mit einem transparenten Glas betrachtet wird, hat der Benutzer keinen Anflug von Unsicherheit und unbehagliches Gefühl. Somit hat das Invertergerät eine extrem hohe Qualität. Außerdem kann das Invertergerät eine Anomalie, sowie die Entkopplung oder das Versagen des Riemens 348, mit hoher Präzision detektieren. Somit wird stabil bestätigt, dass die Trommel 346 komplett angehalten ist, und das Invertergerät mit hoher Sicherheit kann sichergestellt werden.
Als das Verfahren zum Ermitteln, ob der Riemen 348 normal ist oder nicht, kann es konfiguriert sein, so dass ein Drehmoment erzeugt wird, und ein Trägheitsmoment wird berechnet aus dem Verhältnis zwischen dem Drehmoment und der Winkelbeschleunigung. Allerdings ist die Stopp-Ermittlung des Elektromotors 349 bei T10 beendet, und wenn irgendeine Bewegung ausgeübt wird auf die Trommel 346 mit der Erzeugung des Drehmoments, kann die Bedeutung der Durchführung der Stopp-Ermittlung geschwächt sein. Somit ist die vorliegende beispielhafte Ausführungsform bevorzugt, da sich die Trommel 346 nicht zu bewegen beginnt für die Ermittlung, ob der Riemen 348 normal ist oder nicht.
Wie vorstehend beschrieben kann, in dem Invertergerät gemäß der dritten bis sechsten beispielhaften Ausführungsformen, der Benutzer die Klappe 417 mit der Klappen-Verriegelungseinheit 419 öffnen, nachdem die Trommel 346 komplett angehalten ist. Somit kann die Sicherheit sichergestellt werden.
Jede beispielhafte Ausführungsform stellt eine „sensorlose“ Konfiguration bereit ohne einen Positionssensor wie einen Hall IC. Somit können verschiedene Effekte bereitgestellt werden. Beispielsweise werden die Kosten reduziert, und der Einfluss verursacht durch eine Änderung in der Befestigungsposition eines Positionssensors kann eliminiert werden. Außerdem kann das Invertergerät eine Unterbrechung von Leitungen zu dem Elektromotor 349 detektieren, und eine Anomalie, wie die Entkopplung eines Energieübertragungspfads (Riemen) 348, detektieren. Somit kann ein Invertergerät mit einer hohen Sicherheit implementiert werden, wobei es das Invertergerät dem Benutzer erlaubt, die Klappe 417 zu öffnen, nachdem die Trommel 346 komplett angehalten ist.
Die vorliegende beispielhafte Ausführungsform verwendet die Antiresonanz-Frequenz, bei der die mechanische Impedanz (Winkelgeschwindigkeit / Drehmoment) ein lokales Maximum wird. Allerdings kann eine Resonanzfrequenz, bei der die mechanische Impedanz (Winkelgeschwindigkeit / Drehmoment) ein lokales Minimum wird, ebenfalls verwendet werden. In diesem Fall wird eine Frequenz generiert mit einer Resonanz zwischen der Trommel 346 und dem Riemen 348 mit ungefähr 13 Hz. Mit dieser Frequenzkomponente erhöht sich die Winkelgeschwindigkeit zum Drehmoment, das ist die Spannung zum Eingangsstrom des Elektromotors 349. Somit kann ebenfalls ermittelt werden, ob der Riemen 348 vorhanden ist oder nicht.
Die Variation im Trägheitsmoment der Trommel 346 kann abgedeckt werden durch das Ändern (Durchlaufen) der Frequenz in einem relativ breiten Bereich. Die Masse der Wäsche 345 in der Trommel 346 kann ebenfalls detektiert werden, um zu detektieren, wie weit der Schleudervorgang fortschreitet. Insbesondere kann die Konfiguration einbezogen mit der Entkopplung des Riemens 348 verwendet werden für ein Invertergerät mit einem Positionssensor. Somit kann mit höherer Präzision ermittelt werden, ob oder ob nicht der Riemen 348 entkoppelt ist, als mit einem üblicherweise verwendeten Positionssensor, in dem ein Signal geändert wird bei jedem elektrischen Winkel von 60 Grad.
Es ist offensichtlich, dass die Konfiguration der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wirkungsvoll sein kann, wenn ein Positionssensor vorgesehen in einem Invertergerät eine Fehlfunktion aufweist. Somit kann eine multiple Sicherheit sichergestellt werden.
Als eine Steuerkonfiguration zum Durchführen der Bremsung verwenden die dritte bis sechste beispielhafte Ausführungsform eine Kurzschlussbremsung. Es können allerdings andere Konfigurationen verwendet werden, um eine elektrische Bremsung auf den Elektromotor 349 auszuüben. Jede andere Konfiguration kann verwendet werden, solange sie detektieren kann, dass eine Unterbrechung, die eine Fehlfunktion von dem Inverter-Schaltkreis 359 zu der Trommel 346 ist, nicht auftritt und eine Anomalie des Energieübertragungspfades nicht auftritt, wenn der Elektromotor 349 anhält. Solche Konfigurationen können angewendet werden, solange der Benutzer die Klappe 417 öffnen kann, wenn die Trommel 346 komplett angehalten ist.
Wie vorstehend beschrieben ist, in der Waschmaschine gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, der Energieübertragungspfad 348 ein Riemen, und eine Frequenz des Stroms zugeführt zu dem Elektromotor während der Stromzufuhrperiode enthält eine mechanische Resonanzfrequenz-Komponente von dem Elektromotor 349, dem Riemen und der Trommel 346. Mit dieser Konfiguration kann mit hoher Präzision detektiert werden, ob der Riemen vorhanden ist oder nicht, ohne eine neue Bewegung der Trommel 346 anzuwenden, wodurch eine hohe Sicherheit implementiert werden kann.
SIEBTE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
Die 24 ist ein Blockschaltbild, das ein Invertergerät gemäß einer siebten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
In der 24 enthält das Invertergerät Permanentmagnete 500, 501 und Dreiphasen-Wicklungen 502, 503, 504. Das Invertergerät enthält außerdem eine Last (Trommel) 506, die Wäsche 505 enthält, einen Elektromotor 509, der durch eine Riemenscheibe 507 und einen Riemen 508 rotiert und antreibt, und sechs Schaltelemente 511, 512, 513, 514, 515, 516. Das Invertergerät enthält außerdem einen Inverter-Schaltkreis 517, der dem Elektromotor 509 Wechselströme Iu, Iv, Iw zuführt und einen Controller 518, der eine Ein-Aus-Steuerung der Schaltelemente 511, 512, 513, 514, 515, 516 durchführt. Der Controller 518 enthält eine Strom-Detektionseinheit 519, die die Wechselströme Iu, Iv, Iw detektiert. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform enthält die Strom-Detektionseinheit 519 Shunt-Widerstände 521, 522, 523, die den Strom jeder der drei Phasen in eine Spannung konvertieren, und einen A/D-Konverter 524. Der A/D-Konverter 524 führt eine A/D-Konvertierung durch während einer Ein-Periode der Schaltelemente 514, 515, 516 auf einer Niedrigpotential-Seite.
Der Controller 518 enthält außerdem eine zentrale Recheneinheit 535 und erzeugt Signale zum Steuern des Inverter-Schaltkreises 517, und akzeptiert Ausgangssignale Iua, Iva, Iwa von der Strom-Detektionseinheit 519 in einem digitalen Modus.
Ein PWM-Schaltkreis 536 empfängt Duty von der zentralen Recheneinheit 535 und gibt ein Signal B aus, gebildet durch die Durchführung einer PWM mit einer dreieckigen Wellenform mit einem Zyklus von 64 Mikrosekunden zu Duty. Signale S1 bis S6 von der zentralen Recheneinheit 535 führen Gate-Signale zu den Schaltelementen 511, 512, 513, 514, 515, 516 durch die Schalteinheit 537 und den Ansteuer-Schaltkreis 538, die vorgesehen sind zwischen der zentralen Recheneinheit 535 und dem Inverter-Schaltkreis 517. Wenn ein K Signal von der zentralen Recheneinheit 535 high ist, kommt die Schalteinheit 537 in den Zustand illustriert in der 24, so dass die Signale S1 bis S6 angelegt werden. Andererseits, wenn das K Signal low ist, ist jeder Schalter in der Schalteinheit 537 mit der unteren Seite verbunden.
Eine Gleichspannung VDC wird dem Inverter-Schaltkreis 517 zugeführt von der DC-Energiequelle 544 enthaltend eine AC-Energiequelle 541 mit 230 V und 50 Hz, einen Vollwellengleichrichter 542 und einen Kondensator 543. Ein Ausgang A von einem Gleichspannungs-Detektions-Schaltkreis 548 enthaltend Widerstände 546, 547 wird ausgegeben zu der zentralen Recheneinheit 535 als ein analoges Spannungssignal. Der Ausgang A wird einer A/D-Konvertierung unterworfen und als ein digitaler Wert in der zentralen Recheneinheit 535 verarbeitet.
Die 25 ist ein Blockschaltbild, das die detaillierte Konfiguration der zentralen Recheneinheit 535 in dem Invertergerät gemäß der siebten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Die zentrale Recheneinheit 535 wird oft gebildet von einem Ein-Chip-Mikrocomputer. Allerdings kann die Konfiguration enthaltend den Außenteil der zentralen Recheneinheit 535 in der 24 mit Software von einem Mikrocomputer implementiert sein. Alternativ können Komponenten, die die zentrale Recheneinheit 535 bilden, mit einigen Hardwaregeräten implementiert werden. Alternativ können sie implementiert werden mit verschiedenen Prozessoren, wie DSP. Somit kann die zentrale Recheneinheit 535 implementiert werden mit einem Chip oder mehreren Chips, oder kann mit Hardware oder mit Software implementiert werden.
In der 25 werden Signale Iua, Iva, Iwa, jeweils korrespondierend zu jedem der Dreiphasen-Ströme Iu, Iv, Iw, zusammen mit dem geschätzten Phase-θ-Signal einer ersten Koordinatentransformationseinheit 550 eingegeben. Die erste Koordinatentransformationseinheit 550 führt eine Id/Iq Transformation durch, das heißt die Transformation von einem stationären Bezugssystem in ein rotierendes Bezugssystem, unter Verwendung der (Gleichung 7), dabei ausgebend Id und Iq. Subtraktionseinheiten 551, 552 sind vorgesehen, von denen jede jeweils einen Fehler zwischen dem festgelegten Wert Idr und Id und einen Fehler zwischen dem festgelegten Wert Iqr und Iq berechnet. Die Ausgänge der Subtraktionseinheiten 551, 552 werden eingegeben in die Fehler-Verstärkungseinheiten 553, 554, die eine PI (proportional, integral) Verstärkung anwenden. Ausgänge Vd und Vq werden zusammen mit dem Phase-θ-Signal, das der Ausgang eines Integrators 555 ist, in eine zweite Koordinatentransformationseinheit 558 eingegeben, und eine Transformation von dq-Koordinaten in Dreiphasen-Spannungs-Instruktionswerte Vu, Vv, Vw wird durchgeführt durch Anwendung der (Gleichung 8). Die Spannungs-Instruktionswerte Vu, Vv, Vw werden in eine PWM-Einheit 559 eingegeben, und beeinflussen eine dreieckige Trägerwelle mit 64 µs Zyklen mit einem Verhältnis der Dreiphasen-Spannungs-Instruktionswerte zu einem A Signal. High- und Low-Ansteuersignale S1 bis S6 werden erzeugt basierend auf den Strom-Instruktionswerten Vu, Vv, Vw mit einem Vergleich von Momentanwerten der Trägerwelle und einer Addition einer Totzeit. [Gleichung 7]
[Gleichung 8]
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform detektiert die Strom-Detektionseinheit 519 Ströme aller drei Phasen. Wenn allerdings nur Ströme von zwei Phasen aus den Wicklungen 502, 503, 504 der drei Phasen in dem Elektromotor 509 detektiert werden, kann der Strom der verbleibenden einen Phase anhand des Kirchhoffschen Gesetzes berechnet werden. Somit kann die Strom-Detektionseinheit 519 Ströme von nur zwei Phasen detektieren.
Die zentrale Recheneinheit 535 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform enthält weiter eine Subtraktionseinheit 560, die den Unterschied zwischen einem festgelegten Geschwindigkeitswert ωr und ω berechnet, und eine Fehler-Verstärkungseinheit 561, die eine PI (proportional, integral) Verstärkung auf den Ausgang der Subtraktionseinheit 560 anwendet. Die zentrale Recheneinheit 535 enthält außerdem eine Idr-Festlegungseinheit 562, die einen festgelegten Wert Idr von der geschätzten Geschwindigkeit ω ermittelt, und eine Kurzschlussbremsungs-Steuereinheit 563. Die zentrale Recheneinheit 535 enthält außerdem eine Anomalie-Detektionseinheit 565 und eine Sequenz-Erzeugungseinheit 567, die die festgelegte Geschwindigkeit ωr beim Antreiben des Elektromotors 509 erzeugt.
Die Anomalie-Detektionseinheit 565 gibt ein Anomalie-Detektionssignal B99RQ aus, wenn etwas Anomales in dem Invertergerät auftritt, wie das Auftreten eines Überstroms oder einer Überspannung an jeder Einheit oder das Auftreten einer exzessiven Vibration. Die Sequenz-Erzeugungseinheit 567 erzeugt ein Brems-Anforderungssignal B4RQ, wenn der Elektromotor 509 angehalten ist in seinem gebremsten Zustand an dem Übergangspunkt von Vorgängen wie einem Waschvorgang oder einem Schleudervorgang als der Waschmaschine.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird das Invertergerät in den Kurzschluss-Bremszustand gebracht sowohl in dem Fall des Empfangs des Anomalie-Detektionssignal B99RQ als auch in dem Fall des Empfangs des Brems-Anforderungssignals B4RQ. In diesen Fällen steuert die Kurzschlussbremsungs-Steuereinheit 563 die Schaltelemente 511, 512, 513, 514, 515, 516 in dem Inverter-Schaltkreis 517, so dass der Eingang des Elektromotors 509 graduell zu dem Kurzschluss-Zustand wird, also die Spannungen zwischen den Eingangsanschlüssen der drei Phasen beinahe zu null werden. Insbesondere wird eine Gate-Steuerung durchgeführt für alle der drei Schaltelemente 514, 515, 516 in dem Inverter-Schaltkreis 517 an der Niedrigpotential-Seite mit demselben Duty, während die Schaltelemente 511, 512, 513 an der Hochpotential-Seite aus gehalten werden.
Wenn alle der Absolutwerte der Momentanwerte der Dreiphasen-Stromsignale Iua, Iva, Iwa in dem Kurzschluss-Zustand geringer werden als 0,6 A, setzt die Kurzschlussstrom-Ermittlungseinheit 570 ein Cs Signal auf high.
Wenn der ω-Wert kleiner oder gleich 400 r/min in Bezug auf die Geschwindigkeit der Last (Trommel) 506 ist, gibt die Idr-Festlegungseinheit 562 0 A als den festgelegten Wert Idr aus. Wenn der ω-Wert 400 r/min bezogen auf die Geschwindigkeit der Last (Trommel) 506 übersteigt, setzt die Idr-Festlegungseinheit 562 Idr < 0 A und erhöht graduell den Absolutwert von Idr mit der Erhöhung von ω, um Idr = –5 A bei 1200 r/min bezogen auf die Geschwindigkeit der Last (Trommel) zu setzen. Somit wird eine Feldschwächungs-Steuerung bei hoher Geschwindigkeit angewendet.
Die Geschwindigkeits-Ermittlungseinheit 556 speichert Parameter (Widerstandswert, maximale Induktanz, minimale Induktanz) des Elektromotors 509 und schätzt die Geschwindigkeit des Elektromotors 509, ohne einen Geschwindigkeitssensor zu verwenden. In diesem Fall wird eine Spannungsgleichung des Elektromotors 509 verwendet. Die Geschwindigkeits-Schätzeinheit 556 empfängt Ausgänge Id, Iq von der ersten Koordinatentransformationseinheit 550 und Eingänge Vd, Vq der zweiten Koordinatentransformationseinheit 558 und gibt eine geschätzte Geschwindigkeit ω und eine geschätzte Geschwindigkeit ω2 aus, die ein Eingang des Integrators 555 wird.
Die Geschwindigkeits-Schätzeinheit 556 kalkuliert ε korrespondierend zu dem Phasenunterschied von dem Spannungswert und dem Stromwert des Elektromotors 509. Die Geschwindigkeits-Schätzeinheit 556 ist zusammengesetzt aus einem Rückkopplungssystem, das eine Fehlerverstärkung durchführt mit einer Integrations-Komponente und einer proportionalen Integrations-Komponente, um es ε korrespondierend zu dem Phasenfehler zu erlauben, gegen null zu konvergieren.
Die 26 ist ein Blockschaltbild, das eine Kurzschlussbremsungs-Steuereinheit 563 in dem Invertergerät gemäß der siebten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
In der 26 enthält die Kurzschlussbremsungs-Steuereinheit 563 einen Oder-Schaltkreis 574, der eine logische Summe des Brems-Anforderungssignals B4RQ und des Anomalie-Detektionssignals B99RQ gewinnt, und einen Komparator 575, der ein A Signal empfängt. Die Kurzschlussbremsungs-Steuereinheit 563 enthält weiter eine Spannungsanstiegs-Erzeugungseinheit 576, einen Addierer 577 und ein Halteglied 578. In der Kurzschlussbremsungs-Steuereinheit 563 wird ein Wert, der erhalten wird durch das Addieren eines Betrags von 50 V korrespondierend zu dem Spannungsanstieg auf die Gleichspannung VDC an dem Punkt, an dem das Brems-Anforderungssignal B4RQ oder das Anomalie-Detektionssignal B99RQ high werden, von dem Halteglied 578 als ein Schwellenwert an einen Minus-Eingang des Komparators 575 zugeführt.
Die Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsgeschwindigkeits-Instruktionseinheit 580 enthält einen Funktionsgenerator 581, einen Funktionsgenerator 582, eine Schalteinheit 583 und ein Halteglied 585. Ein Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsgeschwindigkeits-Signal, das ein Ausgang einer Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsgeschwindigkeits-Instruktionseinheit 580 ist, wird in einen Integrator 586 eingegeben. Der Ausgang (Brems-Anforderungssignal) BRQ des Oder-Schaltkreises 574 wird in eine Verzögerungseinheit 587 eingegeben. Die Verzögerungseinheit 587 erzeugt ein Signal mit einer Zeitverzögerung mit einer Verzögerungszeit Td1 = 5 ms, und das erzeugte Signal wird INTEG zum Integrator 586.
In dem Integrator 586 ist der Integrationswert Duty null, das ist ein Startwert, in dem Zustand, in dem INTEG einen Low-Pegel hat. Der Zeitintegrations-Vorgang beginnt an dem Punkt, an dem INTEG zu einem High-Pegel wird, so dass Duty ausgegeben wird.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird Duty, das ist der Ausgang des Integrators 586, verwendet als ein Eingang der Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsgeschwindigkeits-Instruktionseinheit 580. Mit den Funktionen der Funktionsgeneratoren 581, 582 kann die Erhöhungsgeschwindigkeit des Kurzschluss-Zeitverhältnisses gemäß der Zeit von dem Beginn der Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsperiode geändert werden mit einer einfachen Konfiguration, in der die Zeit von dem Beginn der Integration nicht gezählt wird.
Insbesondere ist die Bedingung, bei der der Ausgang des Komparators 575 high wird, derart, dass der Ausgang einen Schwellenwert übersteigt mit dem Anstieg im Signal A. Das Halteglied 585 hält den Duty, um den Eingang des Funktionsgenerators 582 an dem Punkt, an dem die Gleichspannung VDC um 50 V oder mehr ansteigt, zu fixieren. Die Schalteinheit 583 wird von a nach b umgeschaltet. Somit wird danach der konstante Ausgangswert von dem Funktionsgenerator 582 die Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsgeschwindigkeit.
Demnach erhöht sich Duty in diesem Fall über die Zeit mit einer konstanten Geschwindigkeit.
Der Integrator 586 hat darin eingebunden eine Funktion des Begrenzens von Duty mit einem oberen Begrenzer, der eine Begrenzung einführt, wenn Duty zu 100 % wird. Mit dieser Begrenzungstätigkeit gipfelte Duty letztlich bei 100 %, das ist die obere Grenze, und in diesem Stadium geht Duty von PWM in einen Konstant-Ein-Zustand über.
An dem Punkt, an dem Duty zu 100 % wird, bleiben zum Beispiel ein paar Volt als die Eingangsspannung des Elektromotors 509. Diese Spannung korrespondiert zu dem Spannungsabfall der IGBTs und der Dioden in den Schaltelementen 514, 515, 516 an der Niedrigpotential-Seite und dem Spannungsabfall aufgrund der Leitungen von dem Inverter-Schaltkreis 517 zu dem Elektromotor 509. Allerdings sind solche Spannungen innerhalb des Bereichs von ungefähr null.
Die 27 ist ein Graph, der die Eingangs- / Ausgangs-Charakteristika des Funktionsgenerators 581 und des Funktionsgenerators 582 in dem Invertergerät gemäß der siebten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. In der 27 kennzeichnet eine horizontale Achse einen Eingang, und eine vertikale Achse kennzeichnet einen Ausgang. In der 27 kennzeichnet die durchgezogene Linie A die Eingangs- / Ausgangs-Charakteristika des Funktionsgenerators 581 und die gestrichelte Linie B kennzeichnet die Eingangs- / Ausgangs-Charakteristika des Funktionsgenerators 582.
Duty ist direkt verbunden mit dem Eingang des Funktionsgenerators 581, gekennzeichnet als die horizontale Achse. Andererseits, wie für den Funktionsgenerator 582, ist Duty verbunden mit dem Eingangsanschluss mit dem eingeschobenen Halteglied 585. Die Eingangs- / Ausgangs-Charakteristika sowohl des Funktionsgenerators 581 als auch des Funktionsgenerators 582 sind fallend. Außerdem, in dem Bereich von Duty < 90 %, ist die gestrichelte Linie B oberhalb der durchgezogenen Linie A gelegen, und bei Duty ≥ 90 % sind sie einander gleich.
Der Ausgang gekennzeichnet auf der vertikalen Achse in der 27 wird später ein Eingang des Integrators 586. Es hat somit die Bedeutung der Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsgeschwindigkeit dDuty/dt.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist insbesondere, während der Periode, in der das Kurzschluss-Zeitverhältnis Duty ansteigt, die Funktion der Erhöhungsgeschwindigkeit dDuty/dt zu Duty angegeben, anstatt die Zeit von dem Beginn dieser Periode zu zählen.
Somit wird die Anzahl der für die Berechnung verwendeten Variablen verringert, und somit kann ein günstiger kompakter Mikrocomputer verwendet werden.
Diese Konfiguration ist allerdings nicht besonders notwendig. Sie kann konfiguriert sein, so dass die Zeit von dem Beginn gezählt werden kann, und die gezählte Zeit kann als eine Funktion ausgegeben werden.
Wenn ausreichende Charakteristika akquiriert wurden, kann eine gerade Linie oder eine stufenartige Linie anstatt der in der 27 illustrierten gekrümmten Linie verwendet werden. Eine solche Konfiguration kann eine Last für die Berechnung unter Verwendung eines Mikrocomputers reduzieren.
Die 28 ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm, wenn das Invertergerät gemäß der siebten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Kurzschluss-Bremszustand ist mit dem Brems-Anforderungssignal BRQ. Die 28(a) illustriert das Brems-Anforderungssignal BRQ, die 28(b) illustriert das K Signal und die 28(c) illustriert Duty.
Das Brems-Anforderungssignal BRQ von der zentralen Recheneinheit 535 wird high zur Zeit T1 nach der Antriebskraft-Laufzeit, und zur selben Zeit ändert sich das K Signal von high nach low. An diesem Punkt ist Duty gleich null. Somit geht das Invertergerät in eine Alle-Aus-Periode von 5 ms über, in der die IGBTs der Schaltelemente 511, 512, 513, 514, 515, 516 alle aus sind aufgrund der Tätigkeit der Verzögerungseinheit 587.
Wenn der Elektromotor 509 bei niedriger Geschwindigkeit läuft, wird der Strom beinahe null während der Alle-Aus-Periode.
Das Verhältnis (Duty) der Ein-Zeit der Schaltelemente 514, 515, 516 an der Niedrigpotential-Seite illustriert in der 28(c) ist ein Kurzschluss-Zeitverhältnis. Anschließend an die Alle-Aus-Periode ist die Periode von T2 bis T5 eine Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsperiode, in der sich Duty erhöht. Andererseits werden die Schaltelemente 511, 512, 513 an der Hochpotential-Seite aus gehalten aufgrund der Tätigkeit der Schalteinheit 537.
Die zeitliche Änderung des Kurzschluss-Zeitverhältnisses Duty hat eine sanfte gekrümmte Charakteristik, gekennzeichnet durch eine durchgezogene Linie A in der 27, in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform. Somit verringert sich die zeitliche Steilheit (Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsgeschwindigkeit) graduell und kontinuierlich über die Zeit, wie durch eine durchgezogene Kurve in der 28(c) gekennzeichnet.
Die gestrichelte Linie in der 28(c) kennzeichnet ein Beispiel in dem Fall, in dem die Charakteristika des Funktionsgenerators 581 stufenweise sind. Sie sind eine punktierte Linie durch (T3, D3) und (T4, D4). In jedem Fall verringert sich die Erhöhungsgeschwindigkeit des Kurzschluss-Zeitverhältnisses (Duty) über die Zeit, oder verringert sich, wenn das Kurzschluss-Zeitverhältnis sich 100 % annähert.
Die Eingangsspannung des Elektromotors 509 wird wiederholt positiv und negativ mit einer induzierten elektromotorischen Kraft generiert mit der Rotation als dem Momentanwert. Die Eingangsspannung wird jedoch zwangsweise zu null während der Kurzschluss-Periode, und der Absolutwert wird minimiert.
Entsprechend wird, in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, die Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsperiode von T2 bis T5 eine Spannungs-Reduzierungsperiode, in der die Schaltelemente 514, 515, 516 so angesteuert werden, dass sich der Absolutwert der Spannung reduziert aufgrund der Erhöhung in der Kurzschlusszeit.
Duty erreicht 100 % bei T5. An diesem Punkt ist der Elektromotor 509 in einem Konstant-Ein-Zustand mit der Ein-Aus-Steuerung der Schaltelemente 514, 515, 516 an der Niedrigpotential-Seite in dem Inverter-Schaltkreis 517 mit dem Controller 518.
Entsprechend kommt das Invertergerät in eine Kurzschluss-Bremsperiode nach der Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsperiode, in der das Kurzschluss-Zeitverhältnis (Duty) zum Kurzschließen der Eingangsanschlüsse U, V, W für die Dreiphasen-Wicklungen erhöht wird. Während der Kurzschluss-Bremsperiode wird das Kurzschluss-Zeitverhältnis Duty bei dem Maximum gehalten, also bei 100 %, um die Bewegungsenergie der Last zu absorbieren.
Wie vorstehend beschrieben, kann der graduelle Anstieg von Duty, das ist das Kurzschluss-Zeitverhältnis, einen Übergangs-Stromsprung in dem Prozess des Übergehens in die Kurzschluss-Bremsperiode verhindern, wobei ein Überstrom verhindert werden kann. Entsprechend kann ein Ausfall jeder Komponente in dem Inverter-Schaltkreis 517 und eine Fehlfunktion des Elektromotors 509 verursacht durch einen Überstrom verhindert werden.
In der Konfiguration mit einem Geschwindigkeitsverringerungsmechanismus unter Verwendung eines Riemens kann der Elektromotor kompakter und niedrigpreisiger sein als in der Konfiguration, die als Direktantrieb bezeichnet wird, in der ein Elektromotor direkt mit einer Last verbunden ist. Eine Induktanz ist allerdings wahrscheinlich gering, so dass der obige Übergangs-Stromsprung groß wird. Außerdem könnte der Strom den maximalen Strom während des Betriebs des Invertergeräts übersteigen. Daher wird die Notwendigkeit des Verhinderns des Stromsprungs erhöht.
Insbesondere in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird die Erhöhungsgeschwindigkeit des Kurzschluss-Zeitverhältnisses graduell verringert. Somit kann, selbst wenn die Geschwindigkeitsbedingung des Elektromotors 509 zu der Zeit, zu der das Invertergerät in die Kurzschluss-Bremsperiode eintritt, in einem breiten Bereich ist, der Übergangs-Stromsprung verhindert werden. Für ein solches Problem ist die Gestaltung der Erhöhungsgeschwindigkeit von Duty um T2 bis T3 wirkungsvoll unter der Bedingung, dass die Geschwindigkeit hoch ist, und die Gestaltung der Erhöhungsgeschwindigkeit von Duty um T4 bis T5 ist wirkungsvoll unter der Bedingung, dass die Geschwindigkeit niedrig ist.
Bezüglich der Spannung wird eine Regeneration zu der DC-Energiequelle 544 erzeugt von einem Teil der Bewegungsenergie des Elektromotors 509 und der Last (Trommel) 506 während der Periode von T2 bis T5, wobei der Kondensator 534 geladen wird. Die Gleichspannung VDC der DC-Energiequelle 544 erhöht sich. Wenn jedoch die Kapazität des Kondensators 543 hoch ist, überschreitet der Anstieg der Gleichspannung VDC von T1 50 V nicht. Außerdem ändert das Signal A den Ausgang HV von dem Komparator 557 nicht nach high. Somit pendelt sich der maximale Wert der Gleichspannung VDC innerhalb des Bereichs ein, der kein Problem hat im Lichte einer spannungsbedingten Beschädigung jeder Komponente. Dementsprechend wird eine Überspannung nicht erzeugt, selbst den Fall berücksichtigend, in dem die Betriebsgeschwindigkeit des Elektromotors 509 hoch ist.
In diesem Fall wird die unten beschriebene Gestaltung verwendet von dem Standpunkt des Unterdrückens einer Überspannung aufgrund der Regeneration zu der DC-Energiequelle 544 bei insbesondere hoher Geschwindigkeit. Insbesondere wird die Kurzschluss-Zeitverhältnis (Duty) Erhöhungsgeschwindigkeit während T3 bis T5, das ist die spätere Hälfte der Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsperiode, erhöht innerhalb des Bereichs, in dem der Übergangs-Stromsprung, verursacht unter der Bedingung einer moderaten Geschwindigkeit bis niedrigen Geschwindigkeit, erlaubt ist. Somit kann eine Überspannung minimiert werden.
In einem solchen Fall wird der Ausgang HV des Komparators 575 nicht high. Während der Kurzschlussbremsung in jeder Geschwindigkeitsbedingung wird der in der 28 illustrierte Betrieb durchgeführt, und die Schalteinheit 583 wird immer nur mit einem Anschluss verbunden gehalten. Damit sind die Schalteinheit 583, der Funktionsgenerator 582, das Halteglied 585, der Komparator 575, die Spannungsanstiegs-Erzeugungseinheit 576, der Addierer 577 und das Halteglied 578 unnötig. Das heißt, dass sie von den bildenden Komponenten eliminiert werden können.
Die 29 ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm des Invertergeräts gemäß der siebten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Betriebs-Wellenform-Diagramm in der 29 illustriert den Fall, in dem die Kapazität des Kondensators 543 klein ist, und das Invertergerät wird zu dem Kurzschluss-Bremszustand mit dem Brems-Anforderungssignal BRQ von dem Betriebszustand mit relativ hoher Geschwindigkeit, wodurch sich der Anstieg der Gleichspannung VDC erhöht. Die 29(a) illustriert das Brems-Anforderungssignal BRQ, die 29(b) illustriert Duty, die 29(c) illustriert die Gleichspannung VDC ausgegeben von der DC-Energiequelle 544 und die 29(d) illustriert das ausgegebene HV-Signal von dem Komparator 575.
Bei t0 wird das Brems-Anforderungssignal RRQ high und während der Alle-Aus-Periode von 5 ms bis t1 beginnt der Anstieg der Gleichspannung VDC aufgrund der Regeneration zu der DC-Energiequelle 544 mit der induzierten elektromotorischen Kraft, wenn die Geschwindigkeit des Elektromotors 509 hoch ist. Nach t1 erhöht sich der Anstieg der Gleichspannung VDC weiter mit der Erhöhung von Duty.
Ein Wert gebildet durch das Addieren des Ausgangs von der Spannungsanstiegs-Erzeugungseinheit 576 zu VDC0 bei t0 durch den Addierer 577 wird in dem Halteglied 578 gehalten. Der Ausgang HV des Komparators 575 wird zu high geändert bei t2, wo die Gleichspannung VDC VDC0 + 50 V erreicht aufgrund des Ladens des Kondensators 543, wobei eine Hochspannungs-Region gesetzt ist.
Bei t2 wird der Ausgang korrespondierend zu Duty 83 % zu diesem Punkt von dem Funktionsgenerator 582 ausgegeben mit der Tätigkeit des Halteglieds 585. Der b Kontakt der Schalteinheit 583 ist verbunden, und der Ausgang wird in den Integrator 586 eingegeben. Somit funktioniert es als Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsgeschwindigkeit dDuty/dt, und wird von dem Halteglied 585 gehalten. Somit erhöht sich Duty linear mit der konstanten Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsgeschwindigkeit, bis dass Duty bei t3 100 % erreicht.
Hier hat der Funktionsgenerator 582 einen größeren Ausgang zu Duty, was ein Eingang ist, als der Funktionsgenerator 581. Somit erreicht Duty 100 % bei t3, das ist früher als der Fall, in dem der Funktionsgenerator 581, gekennzeichnet durch eine gestrichelte Linie, fortschreitet zur funktionieren (Duty erreicht 100 % bei T4).
Gemäß dieser Betätigung wird die Zeit, die benötigt wird, damit Duty 100 % erreicht, kürzer unter der Bedingung, in der die Kapazität des Kondensators 543 klein ist und die Geschwindigkeit des Elektromotors 509 hoch ist in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform. Der Anstieg der Gleichspannung VDC illustriert in der 29(c) bis zur Spitze von Vth ist ungefähr 10 V, wobei exzessive Ladungen zu dem Kondensator 543 aufgrund der Regeneration unterdrückt werden können. Somit kann das Auftreten einer Überspannung, die eine Verringerung der Verlässlichkeit jeder Komponente verursacht, verhindert werden.
Das Auftreten eines Sprungs in jedem Leitungsstrom-Wert des Elektromotors 509 aufgrund eines Übergangs-Ungleichgewichts, das erzeugt wurde unter den drei Phasen, wird unterdrückt in dem Stadium, in dem Duty < ungefähr 50 % ist während der Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsperiode. Somit beeinflusst es den scharfen Anstieg von Duty während T2 bis T3, was die nächste Periode ist, nicht. Dementsprechend ist, gemäß der Konfiguration der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, die Gestaltung möglich, die sowohl der Problematik der Überspannung als auch der Problematik des Überstroms für jede Geschwindigkeit des Elektromotors 509 befriedigt.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist die Ausgabe des HV-Signals festgesetzt, um ein Schwellenwert erhalten durch das Addieren von 50 V zu VDC0 zu sein. Somit kann das Auftreten eines Überstroms einfach verhindert werden relativ zu der Änderung der Spannung der AC-Energiequelle 541. Die vorliegende beispielhafte Ausführungsform ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Ein immer konstanter Wert kann als Vth verwendet werden, oder eine obere Grenze oder eine untere Grenze kann für Vth festgelegt werden. Dies kann eine Gestaltung implementieren, in der eine Fehlfunktion verhindert wird innerhalb des Bereichs der Spannungsänderung der zu verwendenden AC-Energiequelle 541, und ein Überstrom und eine Überspannung können sicher verhindert werden.
Entsprechend kann, unter der Geschwindigkeitsbedingung in einem größeren Bereich des Elektromotors 509, ein Überstrom der Leitungsströme, wenn das Invertergerät in die Kurzschluss-Bremsperiode eintritt, verhindert werden mit der kompakten und kostengünstigen Konfiguration mit dem Kondensator 543, der eine kleine Kapazität hat. Das Auftreten einer Überspannung verursacht durch eine Regeneration zu der DC-Energiequelle 544 kann außerdem verhindert werden. Eine Geschwindigkeitsinformation wird nicht benötigt. Somit kann der als sensorlos bezeichnete Elektromotor 509 gebildet werden, um eine kostengünstige Konfiguration ohne das Vorhandensein eines Sensors zur Positionsdetektion und eines Sensors zur Geschwindigkeitsdetektion zu haben.
Selbst ein Invertergerät, in dem der Elektromotor 509 nicht in eine Richtung rotiert, sondern nach rechts oder nach links rotiert, wie zum Beispiel eine Waschmaschine, kann in die Kurzschlussbremsungs-(Kurzschluss-Brems)Periode übergehen, unabhängig von der Phasensequenz.
Die 30 ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm des Invertergeräts gemäß der siebten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die 30 illustriert das Betriebs-Wellenform-Diagramm bevor und nachdem der Elektromotor 509 und die Last (Trommel) 506 anhalten nach einem weiteren Verstreichen von Zeit ab der Periode illustriert in den 28 und 29, wo das Invertergerät mit dem Brems-Anforderungssignal B99RQ in den Kurzschlussbremsungszustand gebracht wird.
Die 30(a) illustriert die Geschwindigkeit der Last (Trommel), die Figur 30(b) illustriert die Stromwellenformen von Iu, Iv, Iw und die 30(c) illustriert ein Cs Signal ausgegeben von der Kurzschlussstrom-Ermittlungseinheit 570.
Die Geschwindigkeit des Elektromotors 509, der in den Kurzschlussbremsungszustand gebracht ist, verringert sich graduell. Gleichzeitig verringert sich die Frequenz jedes Leitungsstroms ungefähr proportional zu der Geschwindigkeit. Letztlich reduziert sich die Amplitude der Leitungsströme und konvergiert gegen null zu dem Punkt, an dem die Geschwindigkeit zu null wird.
Die Zeit von wenn der Elektromotor 509 in den Kurzschlussbremsungszustand gebracht wird bis dass der Elektromotor 509 anhält wird beeinflusst von den nachfolgenden Parametern. Insbesondere wird sie beeinflusst von der Geschwindigkeit des Elektromotors 509, dem Trägheitsmoment der Last, dem Induktanzwert und dem Widerstandswert des Elektromotors 509, Spannungen (VCE(SAT)) der Schaltelemente 514, 515, 516 in ihrem Ein-Zustand und so weiter an dem Punkt, an dem die Kurzschlussbremsung gestartet wird. Die Zeit, bis dass der Elektromotor 509 anhält, ist nicht konstant. Somit wird ein Stromwert, der mit der Reduzierung der Geschwindigkeit als ein physikalisches Phänomen auftritt, in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform verwendet. Somit kann detektiert werden, ob die Geschwindigkeit ausreichend verringert ist oder nicht.
Insbesondere, in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, zu der Zeit Tja, zu der die Absolutwerte der Momentanwerte der drei Leitungsströme Iu, Iv, Iw alle geringer als 0,6 A werden, wird das Cs Signal high. Insbesondere reduziert sich die Geschwindigkeit der Last (Trommel) auf ungefähr 7 r/min. Wenn die Sequenz-Erzeugungseinheit 567 das Cs Signal empfängt, das high wird, schreitet das Invertergerät zu dem nächsten Vorgang als die Waschmaschine fort, nachdem eine Verzögerungszeit von 0,3 Sekunden vergangen ist.
Der Kurzschluss-Bremszustand wird weiter fortgesetzt für 0,3 Sekunden von dem Zustand von 7 r/min. Somit kann das Invertergerät zu dem nächsten Vorgang übergehen mit wenig unnötiger Zeit, nachdem die Last (Trommel) komplett anhält.
Wie vorstehend beschrieben, kann die Stopp-Ermittlung des Elektromotors angemessen durchgeführt werden anhand des Stroms während der Kurzschluss-Bremsperiode unter Verwendung der Kurzschlussbremsung mit einer kostengünstigen und einfachen sensorlosen Konfiguration ohne die Verwendung eines Positionssensors oder eines Geschwindigkeitssensors beim Bremsen der Last (Trommel).
Wie vorstehend beschrieben hat die Waschmaschine gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform die Kurzschluss-Bremsperiode, in der das Kurzschluss-Zeitverhältnis bei dem Maximum gehalten wird, nach der Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsperiode, in der das Kurzschluss-Zeitverhältnis zum Kurzschließen der Eingangsanschlüsse der Dreiphasen-Wicklungen 502, 503, 504 erhöht wird mit der Ein-Aus-Steuerung der Schaltelemente 514, 515, 516 in dem Inverter-Schaltkreis 517 durch den Controller 518. Somit kann ein Auftreten einer Überspannung, die eine Verringerung der Verlässlichkeit einer jeden Komponente verursacht, verhindert werden.
ACHTE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
Die 31 ist ein Blockschaltbild, das eine Kurzschluss-Brems-Steuereinheit 590 in einem Invertergerät gemäß einer achten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Die Konfigurationen in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform außer der Konfiguration der Kurzschlussbremsungs-Steuereinheit 590 sind ähnlich zu denen in der siebten beispielhaften Ausführungsform beschrieben mit Bezug auf die 25.
In der 31 sind der Oder-Schaltkreis 574, der Integrator 586 und die Verzögerungseinheit 587 ähnlich zu der siebten beispielhaften Ausführungsform. Das Invertergerät gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform enthält eine Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsgeschwindigkeits-Festlegungseinheit 592, Halteglieder 595, 596, die ein A Signal korrespondierend zu der Gleichspannung VDC empfangen, und einen Subtrahierer 597. Das Invertergerät enthält außerdem einen Konstantenerzeuger 599, der einen Wert korrespondierend zu Duty = 70 % ausgibt, und einen Komparator 600.
Die 32 ist ein Graph, der die Charakteristika der Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsgeschwindigkeits-Festlegungseinheit 592 in dem Invertergerät gemäß der achten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. In der 32 kennzeichnet eine horizontale Achse Duty, und eine vertikale Achse kennzeichnet die Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsgeschwindigkeit dDuty/dt. Bei Duty < 70 % ist eine einzelne gerade Linie mit Gefälle gezeigt. Bei Duty > 70 % wird dDuty/dt jedoch in vier Zustände geschaltet mit einem ΔA-Wert, eingegeben von dem Halteglied 596.
Mit der obigen Konfiguration ist der Betrieb, wenn das Invertergerät gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform in die Kurzschlussbremsung eintritt, wie nachfolgend genannt. Der Wert A korrespondierend zu der Gleichspannung VDC an dem Punkt, an dem der Ausgang des Oder-Schaltkreises 574 zu high wird, wird von dem Halteglied 595 gehalten. Nach der Alle-Aus-Periode von 5 ms durch die Verzögerungseinheit 587 wird INTEG zu high und der Integrator 586 beginnt eine Zeitintegration von null, das ist ein Startwert. Duty erhöht sich graduell von dem Zustand an der extremen Linken in der 32. An dem Punkt, an dem das Kurzschluss-Zeitverhältnis Duty zu einem vorgegebenen Wert von 70 % wird, wird der Ausgang des Komparators 600 von high nach low geändert. Der ΔA Wert korrespondierend zu dem Unterschied zwischen der Gleichspannung VDC und dem Halteglied 595, das ist der initiale VDC Wert, also der Anstieg der Gleichspannung VDC, wird von dem Halteglied 596 gehalten. Die Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsgeschwindigkeits-Festlegungseinheit 592 führt eine Auswahl durch aus den vier Charakteristika-Zuständen illustriert in der 32 gemäß der Größe des ΔA Wertes.
Somit wird die Charakteristik, in der ΔA groß wird, ausgewählt, wenn die Geschwindigkeit hoch ist, und die Charakteristik, in der ΔA klein wird, wird ausgewählt, wenn die Geschwindigkeit niedrig ist.
In dem Fall der hohen Geschwindigkeit gibt es keine Möglichkeit des Auftretens eines Überstroms, selbst wenn die Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsgeschwindigkeit groß gewählt ist bei Duty > 70 %. Es ist effektiv, Duty schnell auf 100 % zu erhöhen, um den exzessiven Anstieg der Gleichspannung VDC aufgrund des Ladens des Kondensators 543 mit der Regeneration zu verhindern.
Wenn andererseits die Geschwindigkeit niedrig ist, tritt ein Übergangs-Überstrom bei Duty > 70 % auf. Somit muss die Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsgeschwindigkeit bei Duty > 70 % als gering festgelegt werden. Andererseits tritt das Problem bezüglich des exzessiven Anstiegs der Gleichspannung VDC nicht auf.
Entsprechend arbeitet das Invertergerät gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform sinnvoll. Entsprechend kann das Invertergerät gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform das Auftreten einer Überspannung und eines Überstroms unter der Bedingung eines breiten Geschwindigkeitsbereichs beim Eintreten in die Kurzschluss-Bremsperiode mit einer relativ einfachen Konfiguration unterdrücken.
NEUNTE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
Die 33 ist ein Blockschaltbild, das eine Kurzschlussbremsungs-Steuereinheit 605 in einem Invertergerät gemäß einer neunten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Die Konfigurationen in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform außer der Konfiguration der Kurzschlussbremsungs-Steuereinheit 605 sind ähnlich zu jenen in der siebten beispielhaften Ausführungsform, beschrieben mit Bezug auf die 25.
Nur die Elemente, die sich von der siebten und achten beispielhaften Ausführungsform unterscheiden, werden mit Bezug auf die 33 beschrieben.
Das Invertergerät gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform hat die folgenden Konfigurationen. Eine Verzögerungseinheit 606, die ein Signal ausgibt, das um 3 ms von dem Brems-Anforderungssignal BRQ verzögert ist. Eine Leitungsstrom-Detektionseinheit 607, die den maximalen Wert aus Absolutwerten von Momentanwerten von drei Phasen berechnet unter Verwendung von Ausgangssignalen Iua, Iva, Iwa von der Strom-Detektionseinheit 519 und das Ergebnis ausgibt. Ein Halteglied 608, das das Brems-Anforderungssignal BRQ erhält mit dem Timing, an dem das Brems-Anforderungssignal zu high wird. Eine Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsgeschwindigkeit-Festlegungseinheit 610.
Die 34 ist ein Graph, der Charakteristika der Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsgeschwindigkeits-Festlegungseinheit 610 in dem Invertergerät gemäß der neunten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. In der 34 kennzeichnet eine horizontale Achse Duty und eine vertikale Achse kennzeichnet die Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsgeschwindigkeit dDuty/dt. dDuty/dt wird geschaltet zu Kurven verschiedener Zustände gemäß der Stärke des Stroms, die ein Ausgang des Halteglieds 608 ist, während einer Freilaufperiode. Wenn das Ausgangssignal des Halteglieds 608 high ist, wird der Ausgang groß.
Die 35 ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm des Invertergeräts gemäß der neunten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn das Invertergerät in die Kurzschluss-Bremsperiode eintritt. Die 35(a) illustriert das Kurzschluss-Zeitverhältnis Duty, die 35(b) illustriert Wellenformen der Leitungsströme Iu, Iv, Iw, wenn die Last (Trommel) 506 mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit, wie 300 Rotationen pro Minute, rotiert, und die 35(c) illustriert Wellenformen der Leitungsströme Iu, Iv, Iw, wenn die Last (Trommel) 506 mit einer relativ hohen Geschwindigkeit, wie 1000 Rotationen pro Minute, rotiert.
Während der Freilaufperiode von 5 ms von t0 bis t2 ist die induzierte elektromotorische Kraft der Permanentmagnete 500, 501 in dem Elektromotor 509 niedrig in dem Fall der geringen Geschwindigkeit, illustriert in der 35(b). Somit wird während der Freilaufperiode kein regenerativer Strom zu der DC-Energiequelle 544 generiert. Andererseits ist die induzierte elektromotorische Kraft der Permanentmagnete 500, 501 in dem Elektromotor 509 hoch in dem Fall der hohen Geschwindigkeit, illustriert in der 35(c). Damit wird ein regenerativer Strom zu der DC-Energiequelle 544 während der Freilaufperiode erzeugt. Entsprechend gibt es einen offensichtlichen Unterschied zwischen dem Fall der geringen Geschwindigkeit und dem Fall der hohen Geschwindigkeit.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform werden die Absolutwerte der Detektionssignale Iua, Iva, Iwa von allen drei Leitungsströmen bei t1 = 3 ms während der Freilaufperiode erfasst und der maximale Wert aus den Dreien wird ausgegeben. Somit wird der Unterschied zwischen den 35(b) und 35(c) erkannt und ein Muster für die Erhöhungsgeschwindigkeit des Kurzschluss-Zeitverhältnis Duty, passend für diese Differenz, wird ausgewählt.
Dementsprechend wird, selbst wenn der Geschwindigkeitsbereich innerhalb eines großen Bereichs ist, wenn das Invertergerät in die Kurzschluss-Bremsperiode eintritt, die Erhöhungsgeschwindigkeit des Kurzschluss-Zeitverhältnisses Duty entsprechend jeder Geschwindigkeit festgelegt. Entsprechend kann das Invertergerät gestaltet werden, das Problem bezüglich des Überstroms und der Überspannung für jede Geschwindigkeit davon abhalten, aufzutreten.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird eine Kurve verwendet für die in der 34 illustrierten Charakteristika. Jedoch kann auch eine stufenweise Funktion verwendet werden anstatt einer Kurve. Die Charakteristika können unabhängig von Duty umgeschaltet werden und nur basierend auf einem Stromwert.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird die Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsgeschwindigkeit geändert gemäß der Stärke der Leitungsströme bei t1 während der Freilaufperiode. Das Timing zum Detektieren der Ströme ist jedoch nicht besonders darauf beschränkt, in der Freilaufperiode zu sein. Das Timing zum Detektieren der Ströme kann gesetzt sein an dem Punkt, nachdem die Freilaufperiode beendet ist und der Anstieg von Duty begonnen wird. Eine Vielzahl von Timings kann in Kombination verwendet werden.
Somit kann eine Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsgeschwindigkeit akquiriert werden, die optimal ist für jede Geschwindigkeit innerhalb eines größeren Bereichs. Als ein Ergebnis können ein Überstrom und eine Überspannung effektiver unterdrückt werden.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform detektiert die Leitungsstrom-Detektionseinheit 607, die den Ausgang der Strom-Detektionseinheit 519 empfängt, eine Stärke eines Stroms. Andererseits kann außer einer Stärke eine Frequenzkomponente ein zu detektierendes Subjekt sein. In dem Fall einer hohen Geschwindigkeit kann die Detektion einer Frequenz effektiv verwendet werden, selbst während der Freilaufperiode. In dem Fall einer geringen Geschwindigkeit kann eine Frequenz detektiert werden währen der Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsperiode.
Ein Übergangs-Überstrom in dem Fall einer geringen Geschwindigkeit tritt auf an dem Punkt, an dem Duty relativ hoch wird. Somit wird die Erhöhungsgeschwindigkeit von Duty bis ungefähr 50 % so festgelegt, dass sie ähnlich ist zu dem Fall der hohen Geschwindigkeit, und in dem Stadium, an dem die Frequenz-Detektion möglich wird, wird das Kurzschluss-Zeitverhältnis erhöht gemäß jedem der Frequenz-Detektionswerte. Somit ist der Übergang zu der Kurzschluss-Bremsperiode, wobei ein Überstrom oder eine Überspannung unterdrückt werden, ebenfalls möglich.
ZEHNTE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
Die 36 ist ein Blockschaltbild, das eine Kurzschlussbremsungs-Steuereinheit 612 in einem Invertergerät gemäß einer zehnten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illlustriert.
Die Konfigurationen in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform außer der Konfiguration der Kurzschlussbremsungs-Steuereinheit 612 sind ähnlich zu denjenigen in der siebten beispielhaften Ausführungsform.
Nur die unterschiedlichen Teile gegenüber der siebten beispielhaften Ausführungsform werden mit Bezug auf die 36 beschrieben.
Die Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsgeschwindigkeits-Instruktionseinheit 613 empfängt ein Geschwindigkeitssignal ω von der Geschwindigkeits-Detektionseinheit 615, die die Geschwindigkeit des Elektromotors 509 detektiert. Die Geschwindigkeits-Detektionseinheit 615 ist in dem Elektromotor 509 angeordnet, und enthält einen Hall IC 617, der einen High-Ausgang oder einen Low-Ausgang gemäß der Polaritäten der gegenüberliegenden Permanentmagnete 500, 501 ausgibt, und einen Geschwindigkeitsberechner 618, der eine Geschwindigkeit von dem Ausgang des Hall IC 617 berechnet.
Die 37 ist ein Graph, der Charakteristika der Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsgeschwindigkeits-Instruktionseinheit 613 in dem Invertergerät gemäß der zehnten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. In der 37 kennzeichnet eine horizontale Achse ein Geschwindigkeitssignal, eingegeben von der Geschwindigkeits-Detektionseinheit 615, und eine vertikale Achse kennzeichnet die Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsgeschwindigkeit dDuty/dt, die ein Ausgang ist.
Die vorliegende beispielhafte Ausführungsform hat Charakteristika, so dass, je höher die Geschwindigkeit ist, desto mehr sich der Ausgang erhöht, unabhängig von Duty. Somit erhöht sich das Kurzschluss-Zeitverhältnis linear bis zu 100 % über die Zeit. Somit wird eine Steigung geändert gemäß einer Geschwindigkeit.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird ein Halteglied oder dergleichen nicht vorgesehen für den Ausgang der Geschwindigkeits-Detektionseinheit 615. Somit wird der Instruktionswert der Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsgeschwindigkeit verringert, sogar während der Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsperiode. Entsprechend antwortet das Invertergerät auf die Geschwindigkeitsänderung, die während der Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsperiode auftritt, in Abhängigkeit davon, wie die Bremsung angewendet wird. Somit kann ein Übergangs-Überstrom verhindert werden, selbst wenn sich eine Geschwindigkeit abrupt verringert, wenn das Trägheitsmoment der Last (Trommel) 506 gering ist.
Allerdings ist, wenn die Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsperiode kurz ist, wie 100 ms, und die Geschwindigkeitsänderung, die während dieser Periode auftritt, gering ist, der Unterschied zwischen dieser Konfiguration und der Konfiguration mit einem Halteglied oder dergleichen gering, und somit können beide Konfigurationen angewendet werden.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist der Hall IC 617 vorgesehen in der Geschwindigkeits-Detektionseinheit 615. Der Hall IC wird jedoch nicht verwendet in einem Elektromotor-Antriebssystem, das allgemein als sensorlos bezeichnet wird. Stattdessen wird die Schätzung durchgeführt aus der Eingangsspannung oder dem Eingangsstrom des Elektromotors 509. Somit kann sie derart konfiguriert werden, dass eine Positionsdetektion oder eine Geschwindigkeitsdetektion, sowie der Hall IC, überhaupt nicht verwendet werden, zum Beispiel durch die Verwendung des Geschwindigkeits-Schätzsignals direkt vor der Freilaufperiode.
Wie vorstehend beschrieben, wählt die Waschmaschine gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsformen zumindest irgendeines der Spannungs-Detektionseinheit 548, das die Spannung der DC-Energiequelle 544 detektiert, der Strom-Detektionseinheit 519, die einen Strom detektiert, und der Geschwindigkeits-Detektionseinheit 615, die eine Geschwindigkeit des Elektromotors 509 detektiert, aus. Der Controller 518 ändert die Erhöhungsgeschwindigkeit des Kurzschluss-Zeitverhältnisses während der Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsperiode gemäß dem Ausgang der ausgewählten Detektionseinheit. Somit kann, selbst wenn die Geschwindigkeitsbedingung des Elektromotors 509 innerhalb eines breiten Bereichs ist, wenn das Invertergerät in die Kurzschluss-Bremsperiode eintritt, ein Übergangs-Stromsprung verhindert werden.
In der Waschmaschine gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ändert der Controller 518 die Erhöhungsgeschwindigkeit des Kurzschluss-Zeitverhältnisses gemäß der Zeit von dem Beginn der Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsperiode. Somit kann, selbst wenn die Geschwindigkeitsbedingung des Elektromotors 509 innerhalb eines breiten Bereichs ist, wenn das Invertergerät in die Kurzschluss-Bremsperiode eintritt, ein Übergangs-Stromsprung verhindert werden.
ELFTE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
Die 38 ist ein Diagramm, das eine interne Konfiguration eines Invertergeräts, generell bezeichnet als eine Waschmaschine vom Trommeltyp, gemäß einer elften beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert, gesehen von der Seite.
In der 38 enthält das Invertergerät eine Last (Trommel) 621, die Wäsche 620 hält, und einen Elektromotor 624, der rotiert und antreibt durch eine Riemenscheibe 622 und einen Riemen 623. Das Invertergerät enthält außerdem einen Inverter-Schaltkreis 626, der dem Elektromotor 624 Dreiphasen-Wechselströme zuführt.
Der Inverter-Schaltkreis 626 wird betrieben mit einem Steuersignal Sd von sechs Elementen von dem Controller 628. Das Steuersignal Sd korrespondiert zu dem Brems-Anforderungssignal B99RQ und dem Brems-Anforderungssignal B4RQ beschrieben in der siebten beispielhaften Ausführungsform. Das Invertergerät geht nach einer Spannungs-Reduzierungsperiode in eine Kurzschluss-Bremsperiode über. Wie in der siebten beispielhaften Ausführungsform beschrieben, führt das Steuersignal Sd eine Stopp-Ermittlung während der Kurzschluss-Bremsperiode durch.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform rotiert die Last (Trommel) innerhalb eines harzhaltigen Aufnahmezylinders 630. Das Öffnen und Schließen eines Wasserzufluss-Ventils 633 und eines Ablauf-Ventils 634 werden gesteuert mit einem Wasserzuflussventil-Signal Skb und einem Ablaufventil-Signal Shb von dem Controller 628. Somit wird Wasser in den Aufnahmezylinder 630 eingeleitet oder daraus abgelassen, und Waschen und Schleudern werden mit einem separat eingeführten Waschmittel durchgeführt.
Eine Klappe 636, die öffenbar ist, ist vor der Last (Trommel) 621 angeordnet. Ein Griff 637, der von einem Benutzer verwendet wird, um die Klappe 636 zu öffnen und zu schließen, ist an der Klappe 636 angeordnet. Wenn die Last (Trommel) 621 während des Waschens und Schleuderns rotiert, ist die Klappe 636 verschlossen, um die Sicherheit des Benutzers sicherzustellen und ein Auslaufen von Wasser zu verhindern.
Der Zustand, in dem die Klappe 636 mittels des Griffs 637 geöffnet ist, ist anhand einer gestrichelten Linie dargestellt.
Eine Klappen-Verriegelungseinheit 640 behält den geschlossenen Zustand der Klappe 636 bei. Die Klappen-Verriegelungseinheit 640 enthält eine Spule 641, einen Kolben 642, eine Feder 643 und einen Verriegelungs-Steuerschaltkreis 644. In dem illustrierten Zustand, in dem die Spule 641 nicht bestromt ist, ist die Klappe 636 verriegelt. Daher kann die Klappe 636 aufgrund der Klappen-Verriegelungseinheit 640 nicht geöffnet werden, selbst wenn der Benutzer an dem Griff 637 zieht oder irgendeine andere Tätigkeit ausübt.
Der Verriegelungs-Steuerschaltkreis 644 führt der Spule 641 einen Strom zu mit dem Klappen-Verriegelungssignal Srk von dem Controller 628. Der Benutzer kann die Klappe 636 öffnen mit dem Lösen der Verriegelung.
Ein Klappen-Detektionsschalter 646 detektiert, ob die Klappe 636 geöffnet ist oder geschlossen. Wenn die Klappe 636 geöffnet ist, wird das Klappen-Schließsignal Scl low und wird zu dem Controller 628 übertragen. Es werden keine Wechselströme von dem Inverter-Schaltkreis 626 an den Elektromotor 624 geliefert, von einem Standpunkt des Sicherstellens von Sicherheit. Entsprechend rotiert eine Last (Trommel) 621 nicht.
Insbesondere kann in diesem Zustand dem Elektromotor 624 ein Gleichstrom zugeführt werden. Die Last (Trommel) 621 wird sicher fixiert in der Rotationsrichtung, wodurch eine hohe Sicherheit gewährleistet werden kann.
Nachdem der Schleudervorgang beendet wurde, wird das Klappen-Verriegelungssignal Srk an den Verriegelungs-Steuerschaltkreis 644 übertragen, nachdem der Controller 628 die Stopp-Ermittlung durchführt, und die Klappen-Verriegelungseinheit 640 bestromt die Spule 641.
Der Schleudervorgang wird angehalten, wenn eine vorgegebene Schleuderzeit vergangen ist. Der Schleudervorgang wird weiterhin gestoppt, wenn der Benutzer einen Stopp-Knopf 648, der ein Stopp-Knopf-Signal Sstop erzeugt, und wenn ein Anomalie-Signal Sab erzeugt wird, weil eine Anomalie, wie eine Überlast, in dem Inverter-Schaltkreis 626 auftritt. Beide Signale werden dem Controller 628 eingegeben, um eine Bremsung auf den Elektromotor 626 anzuwenden, wodurch die Last (Trommel) 621 angehalten wird. An dem Punkt, an dem die Last (Trommel) 621 angehalten ist, führt der Controller 628 die Stopp-Ermittlung durch, und dann wird der verriegelte Zustand gelöst mit der Klappen-Verriegelungseinheit 640. Nachdem der verriegelte Zustand gelöst ist, kann der Benutzer die Klappe 636 durch Ziehen an dem Griff 637 öffnen.
Die 39 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb illustriert, direkt nachdem eine Energiequelle des Invertergeräts gemäß der elften beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingeschaltet wurde.
In der 39, in dem Stadium, in dem der Controller 628 aktiviert wird, wie dem Fall, in dem der Energiequellenschalter des Invertergeräts eingeschaltet wird, wird das Programm des Mikrocomputers, der den Controller 628 bildet, gestartet (Schritt S650). Nach dem Start geht das Invertergerät in die Kurzschlussbremsung über (Schritt S651) und führt den Betrieb durch, wenn das Brems-Anforderungssignal B99RQ oder das Brems-Anforderungssignal B4RQ erzeugt wird, wie beschrieben in der siebten beispielhaften Ausführungsform mit Bezug auf die 26. Dann tritt das Invertergerät nach einer Spannungs-Reduzierungsperiode in eine Kurzschluss-Bremsperiode ein.
Wenn ein Cs Signal, das für die Stopp-Ermittlung wie in der 27 illustriert verwendet wird, high wird, wird der Verriegelungs-Lösungsvorgang gestartet (Schritt S653). Die Spule 641 wird bestromt, wodurch der Benutzer die Klappe 636 öffnen kann.
Wenn beispielsweise die Energiequelle eingeschaltet wird, könnte der verriegelte Zustand der Klappe 636 in der Lage sein, mit der Klappen-Verriegelungseinheit 640 gelöst zu werden, in dem Fall, in dem der vorherige Vorgang nicht komplett beendet wurde. In einem solchen Fall ist es wahrscheinlich, dass eine verbleibende Rotationskraft ein Gefahr für den Benutzer birgt.
Die Klappen-Verriegelungseinheit 640 führt eine Steuerung durch zum Verhindern, dass der Benutzer die Klappe 636 während des Betriebs öffnet. Nachdem der Waschvorgang oder der Schleudervorgang beendet ist, wird der gelöste Zustand hergestellt, das heißt, dass der Benutzer die Klappe 636 öffnen kann und seine / ihre Hand in der Trommel platzieren kann. Selbst mit dem Zustand, in dem die Energiequelle ausgeschaltet ist, kann der Benutzer die Klappe 636 frei öffnen und schließen.
Wenn allerdings während des Betriebs ein Energieausfall auftritt, kann der Fall auftreten, in dem der Benutzer mit der ausgeschalteten Energiequelle die Klappe 636 nicht öffnen kann (verriegelter Zustand). Obwohl die Klappe 636 geschlossen ist, könnte die Trommel 621 weiterhin rotieren.
Wenn die Energiequelle in diesem Zustand wieder eingeschaltet wird, um dem Benutzer direkt zu erlauben, die Klappe 636 mit der Klappen-Verriegelungseinheit 640 zu öffnen, ist es wahrscheinlich, dass der Benutzer einer Gefahr ausgesetzt wird, wenn die Rotation der Trommel 621 weiter anhält. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist, nachdem die Energiequelle eingeschaltet ist, die Kurzschluss-Bremsperiode im Anschluss an die Spannungs-Reduzierungsperiode gesetzt, und die Klappen-Verriegelungseinheit 640 wird so angesteuert, dass sie es dem Benutzer erlaubt, die Klappe 636 zu öffnen, nachdem die Trommel 636 vollständig angehalten ist. Somit kann eine hohe Sicherheit erhalten bleiben.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform werden die Spannungs-Reduzierungsperiode und die Kurzschluss-Bremsperiode gesetzt direkt nachdem die Energiequelle eingeschaltet wird, unabhängig davon, ob die Klappen-Verriegelungseinheit 640 in dem verriegelten Zustand oder dem unverriegelten Zustand ist zu dem Punkt, an dem die Energiequelle eingeschaltet wird. Die Kurzschluss-Bremsperiode zumindest in den verriegelten Zustand zu setzen ist wirkungsvoll, um die Sicherheit zu gewährleisten. Es macht jedoch keinen Unterschied bei der Gewährleistung der Sicherheit, selbst wenn die Spannungs-Reduzierungsperiode oder die Kurzschluss-Bremsperiode nicht gesetzt sind, wenn der unverriegelte Zustand hergestellt ist, oder die Klappe 636 geöffnet ist an dem Punkt, an dem die Energiequelle eingeschaltet wird. Somit können die Spannungs-Reduzierungsperiode und die Kurzschluss-Bremsperiode direkt nachdem die Energiequelle eingeschaltet ist, eliminiert werden.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird das Invertergerät der Kurzschluss-Bremsperiode unterzogen, nachdem die Energiequelle eingeschaltet wird, und nachdem das Cs Signal, verwendet für die Stopp-Ermittlung, high wird, erlaubt die Klappen-Verriegelungseinheit 640 dem Benutzer, die Klappe 636 zu öffnen. Somit kann die Gefahr eliminiert werden. Somit kann ein Invertergerät mit einer höheren Sicherheit implementiert werden.
Wie vorstehend beschrieben, wird in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform die Verriegelung gelöst (Schritt S653), nachdem das Anhalten des Elektromotors angemessen ermittelt wurde, und dann kann der Benutzer die Klappe 636 öffnen. Entsprechend kann ein Invertergerät mit einer höheren Sicherheit implementiert werden.
Insbesondere bei der Kurzschlussbremsung wird das Bremsen durchgeführt mit dem Brems-Anforderungssignal B99RQ oder dem Brems-Anforderungssignal B4RQ (Schritt S651). Somit kann, selbst wenn die Rotation der Last (Trommel) 621 verbleibt, direkt nachdem die Energiequelle eingeschaltet wird, ein Überstrom oder eine Überspannung des Inverter-Schaltkreises 626 verhindert werden, sogar mit der sensorlosen Konfiguration, die keinen Geschwindigkeitssensor oder keinen Positionssensor hat. Entsprechend ist das Invertergerät gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform signifikant wirksam, unabhängig von der Geschwindigkeit und Position (Phase) der Last (Trommel) 621.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist die Rotationsachse der Last (Trommel) 621 horizontal. Die Rotationsachse kann jedoch auch vertikal oder geneigt sein.
Der Energieübertragungspfad zum Rotieren und Antreiben der Last (Trommel) 621 wird gebildet durch die Verwendung der Riemenscheibe 622 und des Riemens 623. Der Pfad kann allerdings auch unter Verwendung von Getrieben gebildet werden. Alternativ kann ein Elektromotor direkt an der Achse der Last (Trommel) 621 angeordnet sein, und der Elektromotor kann mit derselben Geschwindigkeit rotieren. Diese Konfiguration wird als Direktantrieb bezeichnet.
Die Konfiguration der Klappen-Verriegelungseinheit 640 ist nicht beschränkt auf die Konfiguration beschrieben in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform. Eine Vielzahl von Klappen-Verriegelungseinheiten kann vorgesehen sein. Zum Beispiel können eine Klappen-Verriegelungseinheit, die zu jeder Zeit mit der Betätigung des Griffs durch den Benutzer gelöst werden kann, und eine Klappen-Verriegelungseinheit, die gelöst wird mit Signalen von dem Controller, gleichzeitig verwendet werden. Alternativ kann die Klappen-Verriegelungseinheit so konfiguriert sein, dass die Klappe immer verriegelt ist, wenn sie geschlossen ist, und die Verriegelung gelöst wird mit Signalen von dem Controller. Alternativ kann die Betätigung des Griffs gesperrt sein mit Signalen von dem Controller. In jedem Fall kann jede Konfiguration eingesetzt werden, solange sie gemäß den Signalen von dem Controller ändern kann, ob der Benutzer die Klappe öffnen kann oder nicht.
ZWÖLFTE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
Die 40 ist ein Blockschaltbild, das ein Invertergerät gemäß einer zwölften beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Die (Gleichung 9) wird verwendet von einer Dreiphasen / Zweiphasen-Transformationseinheit in dem Invertergerät. [Gleichung 9]
In der 40 enthält das Invertergerät einen Riemen 746 und eine Riemenscheibe 747, die einen Energieübertragungspfad bilden, eine Last 748, einen Elektromotor 750, eine DC-Energiequelle 751, die eine VDC-Spannung ausgibt, einen Inverter-Schaltkreis 758, der dem Elektromotor 750 einen Wechselstrom zuführt, und eine Steuereinheit 760. Der Elektromotor 750 enthält Permanentmagnete 741, 742 und Dreiphasen-Wicklungen 743, 744, 745. Der Inverter-Schaltkreis 758 enthält sechs Schaltelemente 752, 753, 754, 755, 756, 757. Der Steuer-Schaltkreis 760 führt eine Ein-Aus-Steuerung der Schaltelemente 752, 753, 754, 755, 756, 757 durch.
Als die DC-Energiequelle 751 wird diejenige verwendet, die eine Gleichspannung als eine Batterie ausgibt, oder diejenige, in der eine einphasige oder dreiphasige AC-Energiequelle mit einer Frequenz von 50 Hz oder 60 Hz und 100 V oder 200 V mittels eines Gleichrichters gleichgerichtet wird und mit einem Elektrolyt-Kondensator geglättet wird. Die DC-Energiequelle 751 arbeitet als eine Energiequelle während des Antriebskraft-Laufs.
Um die Beschreibung zu vereinfachen, illustriert die 40 nur zwei Permanentmagnete 741, 742. Die Anzahl der Polaritäten ist jedoch tatsächlich vier. Die Permanentmagnete 741, 742 machen elektrisch zwei Rotationen (machen zwei Rotationen mit einem elektrischen Winkel) in dem Status, in dem sie eine Rotation mit einem mechanischen Winkel machen.
Der Steuer-Schaltkreis 760 enthält einen Gate-Ansteuerschaltkreis 761, eine Strom-Detektionseinheit 766, eine Frequenz-Detektionseinheit 768, die einen Ausgang der Strom-Detektionseinheit 766 empfängt, um periodisch eine Frequenz zu detektieren, und eine Stopp-Ermittlungseinheit 770, die das Anhalten des Elektromotors 750 ermittelt. Die Strom-Detektionseinheit 766 detektiert einen Wechselstrom-Eingang zu dem Elektromotor 750 durch die Verwendung von Widerständen 762, 763, 764 und eines Verstärker-Schaltkreises 765. Die Frequenz-Detektionseinheit 768 enthält eine Dreiphasen / Zweiphasen-Transformationseinheit 772, eine Polarkoordinaten-Transformationseinheit 773 und eine Differenzierungseinheit 774. Die Dreiphasen / Zweiphasen-Transformationseinheit 772 berechnet eine α-Komponente (die Komponente mit derselben Richtung wie die magnetomotorische Kraft des U-Phasen-Stroms Iu) und eine β-Komponente (orthogonale Komponente, die α um π/2 vorauseilt) in einem stationären Bezugssystem (αβ) unter Verwendung von (Gleichung 9).
Die (Gleichung 9) ist nur ein Beispiel. Eine Kosinusfunktion (cos) und eine Sinusfunktion (sin) können in Kombination verwendet werden. Da eine Konstante verwendet wird, kann eine Kosinusfunktion oder eine Sinusfunktion auch nicht verwendet werden. Der Wert, der als Koeffizient oder als Konstante verwendet wird, kann angemessenerweise ein reales Vielfaches des Wertes sein, solange er nur für die Stopp-Ermittlung in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform verwendet wird. Eine Nummer (irrationale Zahl) mit einer Quadratwurzel kann ersetzt werden durch eine Bruchzahl (rationale Zahl), die ein ungefährer Wert ist.
Der Steuer-Schaltkreis 760 steuert das Einschalten der Schaltelemente 755, 756, 757 und das Ausschalten der Schaltelemente 752, 753, 754 während der Kurzschluss-Bremsperiode. Mit dieser Steuerung wird die Eingangsspannung des Elektromotors 750 beinahe zu null während der Bremsperiode der Last 748. Die Frequenz-Detektionseinheit 768 differenziert die Phase θ eines Stromvektors in dem stationären Bezugssystem (αβ) mittels der Differenzierungseinheit 774 während der Kurzschluss-Bremsperiode, dabei berechnend die Winkelgeschwindigkeit ω aus der Magnitude einer zeitlichen Änderung. Das stationäre Bezugssystem (αβ) wird von der Dreiphasen / Zweiphasen-Transformationseinheit 772 ausgegeben.
Insbesondere ist die Beziehung zwischen der Frequenz f und der Winkelgeschwindigkeit ω gegeben als ω = 2πf. Die Frequenz-Detektionseinheit 768 gibt ω aus, das ist der Wert gemäß der Frequenz. Der Ausgang ω von der Frequenz-Detektionseinheit 768 wird verglichen mit einer Referenz-Winkelgeschwindigkeit ωth in dem Komparator 777. In dem Fall, in dem ω > ωth ist, wird ermittelt, dass die Winkelgeschwindigkeit größer ist als der vorgegebene Wert, so dass ein High-Signal von dem Komparator 777 ausgegeben wird.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird der Ausgang |I| der Polarkoordinaten-Transformationseinheit 773 außerdem zu dem Komparator 778 geführt und mit dem Referenz-Stromwert Ith verglichen. Wenn |I| > Ith, dann wird ermittelt, dass die Länge des Stromvektors größer ist als der vorgegebene Wert, so dass das High-Signal von dem Komparator 778 ausgegeben wird. Ein Und-Schaltkreis 779 gibt ein logisches Produkt aus den Ausgängen der Komparatoren 777, 778 aus. Wenn |I| > Ith ist und ω > ωth ist, wird ein High-Signal an die Stopp-Ermittlungseinheit 770 ausgegeben.
Die Stopp-Ermittlungseinheit 770 wird gebildet aus einem 100-Hz-Taktoszillator 781, einem Zähler 782 und einem Komparator 783. Der Zähler 782 wird gelöscht, um null zu werden, wenn das in den E Anschluss eingegebene Signal von dem Und-Schaltkreis 779 high ist. Wenn das in den E Anschluss eingegebene Signal von dem Und-Schaltkreis 779 low ist, gibt der Taktoszillator 781 einen Wert CNT, gebildet durch das Zählen von 100-Hz-Pulsen an den Komparator 783, aus. Der Komparator 783 gibt den Ausgang S1 mit einem High-Pegel als Stopp-Ermittlungssignal aus, an dem Punkt, an dem der positive Eingang CNT Tth = 30 Zähler übersteigt, was ein negativer Eingang ist.
Die 41 ist ein Diagramm, das einen Stromvektor während der Kurzschluss-Bremsperiode des Invertergeräts gemäß der elften beispielhaften Ausführungsform illustriert. In der 41 ist der Stromvektor des Stroms, der in den Elektromotor 750 fließt, gekennzeichnet als Ia, relativ zu dem stationären Bezugssystem αβ. Iα und Iβ sind Komponenten jeder Achse, und sie korrespondieren zu dem Ausgang der Dreiphasen / Zweiphasen-Transformationseinheit 772.
Die Polarkoordinaten-Transformationseinheit 773 transformiert den Stromvektor in Polarkoordinaten, das ist der Ausdruck in Form von Winkel (Phase) θ von der α-Achse und Absolutwert |I|. Die nachfolgende Differenzierungseinheit 774 führt eine Differenzierung zu der Phase θ über die Zeit aus, dabei berechnend eine Winkelgeschwindigkeit von ω = Δθ / Δt.
Die 42 ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm des Invertergeräts gemäß der zwölften beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung während der Kurzschluss-Bremsperiode. Die 42(a) illustriert die Wellenform des U-Phasen-Stroms Iu des Elektromotors 750, die 42(b) illustriert die Wellenform des Ausgangs |I| der Polarkoordinaten-Transformationseinheit 773 und die 42(c) illustriert die Wellenform der Ausgangsphase θ der Polarkoordinaten-Transformationseinheit 773. Die 42(d) illustriert die Wellenform des Ausgangs ω der Differenzierungseinheit 774, die 42(e) illustriert den Zählerwert CNT des Zählers 782 und die 42(f) illustriert den Ausgang S1 der Stopp-Ermittlungseinheit 770.
Obwohl nicht illustriert, existieren Ströme Iv und Iw, neben Iu illustriert in der 42(a), die in den Dreiphasen-Elektromotor 750 fließen. Die Ströme Iv und Iw haben jeweils eine Phasenverzögerung von 120 Grad und 240 Grad, relativ zu der Phase von Iu. |I| in der 42(b) und ω in der 42(d) sind ähnlich dahingehend, dass sie zu null werden, wenn eine Geschwindigkeit letztendlich zu null wird. Die Zeit t1, zu der ω < ωth eintritt, ist geringfügig früher wie Zeit t2, bei der |I| ≤ Ith ist. Somit wird eine Erhöhungs-Startzeit von CNT, illustriert in der 42(e), zu t1 und S1, illustriert in der 42(f), wird high.
Somit ist eine erste vorgegebene Zeit von 0,3 Sekunden vergangen seit der Zeit t1, zu der der Ausgang ω der Frequenz-Detektionseinheit 768 nicht gleich oder mehr wird als der vorgegebene Wert ωth, und es wird ermittelt, dass der Elektromotor 750 angehalten ist. Auf diese Art wird in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform die Stopp-Ermittlung durchgeführt nach dem Verstreichen der ersten vorgegebenen Zeit, nachdem die Winkelgeschwindigkeit ω gleich oder weniger als der vorgegebene Wert wird. In diesem Fall sind 0,3 Sekunden spezifiziert als die erste vorgegebene Zeit, wie es unten aufgeführt ist, in dem Zustand, in dem der Elektromotor 750 in dem Kurzschluss-Zustand ist. Insbesondere ist diese Zeit länger als eine Zeit, die benötigt wird, die Bewegungsenergie der Last 748, die ein Trägheitsmoment hat, vollständig zu konsumieren bei der Geschwindigkeit korrespondierend zu der elektrischen Winkelgeschwindigkeit ωth, bei der die Rotationsgeschwindigkeit zu null wird, also der Elektromotor 750 komplett anhält.
Es gibt denjenigen verbraucht als Kupferverluste durch die Wicklungen 743, 744, 745 in dem Elektromotor 750 und diejenigen konsumiert durch mechanische Reibung als die zeitliche Rate, in der der Elektromotor 750 in dem Kurzschluss-Zustand die Bewegungsenergie der Last 748 absorbiert, zum Beispiel als Leistung der Bremsung. Es gibt eine Variation in den Widerstandswerten der Wicklungen 743, 744, 745, eine Variation in dem magnetischen Fluss der Permanentmagnete 741, 742, eine Variation in der Ein-Spannung (oder dem Ein-Widerstand) der Schaltelemente 752, 753, 754, 755, 756, 757 und eine Variation in der Reibung der Getriebe. Wie für die Last 748 sind verschiedene Faktoren wie eine Masse von Objekten, die zu schleudern sind, und eine Variation in dem Lokalisierungszustand vorhanden. Somit variiert die Zeit von dem Punkt der elektrischen Winkelgeschwindigkeit ωth bis dass die Last 748 anhält. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist die erste vorgegebene Zeit auf 0,3 Sekunden festgelegt. Diese Zeit ist immer länger für die Variationen, die generiert werden aufgrund der obigen verschiedenen Variationsfaktoren. Somit ist der Ausgang des Stopp-Ermittlungssignals S1 = high immer erreicht bei einer angehaltenen Last 748.
Insbesondere wird die Ermittlung nicht durchgeführt auf Basis des Stromwerts (Länge) in dem Kurzschluss-Zustand, sondern auf Basis der Winkelgeschwindigkeit ω eines Stromvektors in dem stationären Bezugssystem durch die Frequenz-Detektionseinheit 768. Somit ist die Ermittlung unbeeinflusst von der Variation in den Widerstandswerten der Wicklungen 743, 744, 745 und der Variation in dem magnetischen Fluss der Permanentmagnete 741, 742. Außerdem ist die Ermittlung unbeeinflusst von der Variation in der Größe des Kurzschluss-Stroms generiert mit der Ein-Spannung (oder dem Ein-Widerstand) der Schaltelemente 752, 753, 754, 755, 756, 757. Entsprechend kann eine stabile Stopp-Ermittlung durchgeführt werden.
Die Reduzierung in der Länge |I| des Stromvektors tritt natürlich auf während der Periode von dem Punkt von ωth bis dass die Last anhält. Somit wird es schwierig für die Frequenz-Detektionseinheit 768, ω korrekt zu detektieren. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird |I| jedoch verglichen mit dem Referenz-Stromwert Ith. Wenn |I| < Ith ist, dann wird von dem Komparator 778 ein Low-Signal ausgegeben, und es wird in den Und-Schaltkreis 779 eingegeben. Das kann das Auftreten von Problemen verursacht durch eine Fehlfunktion der Frequenz-Detektionseinheit 768 verhindern, wenn |I| extrem klein ist. Somit wird die Stopp-Ermittlung stabil durchgeführt.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird die Bremsung durchgeführt, um es dem Elektromotor 750 zu erlauben, die Bewegungsenergie von der Last 748 zu absorbieren. Somit hat das Invertergerät nur die Kurzschluss-Bremsperiode, in der die Schaltelemente 755, 756, 757 an der Niedrigpotential-Seite eingehalten werden, um die Eingangsspannung des Elektromotors 750 zu beinahe null zu machen. Jedoch kann das Invertergerät eine Periode zum Durchführen der Bremsung außer der Kurzschluss-Bremsperiode haben. Beispielsweise kann das Invertergerät, vor der Kurzschluss-Bremsperiode, eine Periode haben, in der Iq als negativ gesetzt wird unter Verwendung einer Vektorsteuerung, und regenerative Leistung wird verbraucht mit seiner effektiven Verwendung in Widerständen oder anderen elektrischen Lasten innerhalb des Bereichs, in dem die Gleichspannung VDC der DC-Energiequelle 751 nicht exzessiv wird. Das Invertergerät kann eine solche Steuerung durchführen, dass die Schaltelemente 755, 756, 757 nicht simultan und abrupt eingeschaltet werden, sondern sequentiell in den Ein-Zustand übergehen gemäß der Phasen der Permanentmagnete 741, 742, oder eine solche Steuerung durchführen, dass eine Eingangsspannung des Elektromotors 750 graduell auf null gesetzt wird während einer vorgegebenen Periode. Wie vorstehend beschrieben, kann die Periode zum Verhindern des Übergangs-Überstroms festgelegt sein vor der Kurzschluss-Bremsperiode.
Insbesondere kann das Invertergerät eine Bremsperiode haben, in der eine Pulsweitenmodulation, die es einem der drei Phasen-Schaltelemente an der Niedrigpotential-Seite erlaubt, weniger als 100 % zu werden, durchgeführt wird und das erzeugte Drehmoment negativ wird, vor der Kurzschluss-Bremsperiode, in der das Verhältnis der Ein-Zeiten der drei Schaltelemente 755, 756, 757 100 % ist.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird die Frequenz-Detektionseinheit 768 betrieben während einer Strom-Winkelgeschwindigkeits-Detektionsperiode, in der die Winkelgeschwindigkeit ω berechnet wird aus der zeitlichen Änderung der Phase θ eines Stromvektors in dem stationären Bezugssystem, wobei die Strom-Winkelgeschwindigkeits-Detektionsperiode die ganze Kurzschluss-Bremsperiode ist. Allerdings kann, während der Periode, in der ω ausreichend hoch ist, sogar während der Kurzschluss-Bremsperiode ermittelt werden, ob |I| ausreichend hoch ist oder nicht, mit einem Schwellenwert wie Ith2, und das Stopp-Ermittlungs-Signal S1 kann forciert auf low geändert werden, ohne die Frequenz-Detektionseinheit 768 besonders zu betreiben. Die Konfiguration zum forcierten Beibehalten des Eingangs der Stopp-Ermittlungseinheit 770 auf high unter Verwendung eines Oder-Schaltkreises kann zusätzlich verwendet werden. In einem solchen Fall wird die obere Grenze eines Geschwindigkeitsbereichs (Bereich von ω), die normalerweise von der Frequenz-Detektionseinheit 768 zu detektieren ist, verringert, und die Elektrische-Winkelgeschwindigkeits-Detektionsperiode wird ein Teil der Kurzschluss-Bremsperiode. In diesem Fall kann ein Mikrocomputer, der nicht teuer ist oder einen geringen Energieverbrauch für den Betrieb hat und eine geringe Verarbeitungsgeschwindigkeit, verwendet werden.
Auf jeden Fall tritt das Invertergerät letztlich in die Kurzschluss-Bremsperiode ein, um die Eingangsspannung des Elektromotors 750 zu beinahe null zu machen, wobei der Effekt ähnlich zu der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform erhalten werden kann. Somit kann die Stopp-Ermittlung stabil durchgeführt werden.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform werden die Frequenz-Detektionseinheit 768, Komparatoren 777, 778, der Und-Schaltkreis 779 und die Stopp-Ermittlungseinheit 770 beschrieben unter Verwendung eines Schaltkreis-Diagramms in Hardware. Sie können jedoch realistischerweise verarbeitet werden mittels Software durch das Vorbereiten eines Programms in einem Mikrocomputer.
Wie vorstehend beschrieben, enthält der Controller 760, in der Waschmaschine gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, die Frequenz-Detektionseinheit 768, die einen Ausgang der Strom-Detektionseinheit 766 empfängt und periodisch eine Frequenz detektiert; die Stopp-Ermittlungseinheit 770, die das Anhalten des Elektromotors 750 detektiert; und die Kurzschluss-Bremsperiode, in der die Schaltelemente 755, 756, 757 derart gesteuert werden, so dass die Eingangsspannung des Elektromotors 750 zu beinahe null gemacht wird während der Bremsperiode der Last (Trommel) 748; wobei die Stopp-Ermittlungseinheit 770 nach dem Verstreichen einer ersten vorgegebenen Zeit, nachdem der Ausgang der Frequenz-Detektionseinheit 768 niedriger wird als ein vorgegebener Wert, ermittelt, dass der Elektromotor 750 anhält. Somit kann das Anhalten des Elektromotors 750 angemessen ermittelt werden mit einer einfachen Konfiguration.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform hat die Frequenz-Detektionseinheit 768 eine Strom-Winkelgeschwindigkeits-Detektionsperiode zum Berechnen einer Winkelgeschwindigkeit aus einer zeitlichen Änderung einer Phase eines Stromvektors in einem stationären Bezugssystem während der Kurzschluss-Bremsperiode, wobei die Stopp-Ermittlung durchgeführt wird, nachdem die Winkelgeschwindigkeit gleich oder geringer wird als der vorgegebene Wert. Somit kann das Anhalten des Elektromotors 750 angemessen ermittelt werden mit einer einfachen Konfiguration.
DREIZEHNTE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
Die 43 ist ein Blockschaltbild, das ein Invertergerät gemäß einer dreizehnten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. In der 43 enthält der Steuer-Schaltkreis 788 einen Mikrocomputer 789 und einen Keramik-Oszillator 790. Die anderen Konfigurationen sind ähnlich zu denjenigen in der zwölften beispielhaften Ausführungsform.
Analoge Ausgänge Iu, Iv, Iw von der Strom-Detektionseinheit 766 sind verbunden mit jeweiligen Eingangsanschlüssen von AD1, AD2, AD3 des Mikrocomputers 789. Sie werden in digitale Werte konvertiert mit einem Analog-Digital-Konverter, der in einer Hardware-Konstruktion darin vorgesehen ist. Ein Hochfrequenz-Taktsignal wird von dem Keramik-Oszillator 790 in den Takt-Anschluss eingegeben, und ein Berechnungsvorgang wird durchgeführt mit einem Signal von mehreren zehn Megahertz. Sechs PWM-Signale der Schaltelemente 752, 753, 754, 755, 756, 757, die einer Pulsweitenmodulation unterworfen wurden, werden an den Gate-Ansteuerschaltkreis 761 ausgegeben, und eine Ein-Aus-Steuerung jedes Schaltelements wird durchgeführt. Das digitale Stopp-Ermittlungssignal S1 wird ausgegeben von dem Aus-Anschluss als ein Ergebnis des Programmablaufs.
Die 44 ist ein Flussdiagramm, dass das Programm des Mikrocomputers 789 in dem Invertergerät gemäß der dreizehnten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform hat der Mikrocomputer 789 darin integriert einen Flash-Speicher. Außerdem ist das Neubeschreiben ermöglicht mit einem speziellen Werkzeug namens Flash Writer, oder ein Benutzer kann durch verschiedene drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationsnetzwerke neu beschreiben.
Ein Unterbrechungs-Signal mit einem 128 µs Zyklus wird immer in dem Mikrocomputer 789 generiert. In dem in der 44 illustrierten Flussdiagramm wird der „128-µs Unterbrechung“ Prozess alle 128 µs ausgeführt (Schritt S795). Eine Addition über einen Betrag von ΔT, der 128 µs ist, wird durchgeführt mit den Variablen T1 und T2 bei „T1 ← T1 + ΔT, T2 ← T2 + ΔT“ (Schritt S796). Danach tritt das Invertergerät in eine „Strom-Berechnungs-Routine“ ein (Schritt S797) zum Verarbeiten des Signals von der Strom-Detektionseinheit 766. Die Werte, die erhalten werden durch das Konvertieren der Eingangssignale von AD1 bis AD3 in digitale Werte, werden abgerufen bei „Iu, Iv, Iw“ (Schritt S798) und sie werden geändert in eine Ampere-Einheit. Der Stromwert ist hier gekennzeichnet durch vorzeichenbehaftete Variablen, so dass der Strom in der Richtung des Elektromotors 750 von dem Inverter-Schaltkreis 758 positiv ist und der Strom in die entgegengesetzte Richtung negativ ist.
Eine Transformation in die orthogonalen Koordinaten αβ in dem stationären Bezugssystem wird durchgeführt bei „αβ-Transformation“ (Schritt S799). Das Quadrat der Länge (Absolutwert) des Stromvektors Ia wird berechnet bei „Ia² ← Iα² + Iβ²“ (Schritt S800). Es wird ermittelt, ob der Ausgangspegel Ia der Strom- Detektionseinheit größer ist als der vorgegebene Wert Ith oder nicht bei „Ia² > Ith²?“ (Schritt S801). Das Quadrat des Ausgangspegels Ia und das Quadrat des vorgegebenen Wertes Ith werden miteinander verglichen. Es können allerdings eine Quadratwurzel des Ausgangspegels Ia und eine Quadratwurzel des vorgegebenen Wertes Ith miteinander verglichen werden. Wenn die Quadratwerte miteinander verglichen werden, wie in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, wird die Verarbeitung in dem Mikrocomputer 789 mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt.
Wenn nein gilt bei „Ia² > Ith²?“ (Schritt S801), das heißt wenn der Ausgangspegel der Strom-Detektionseinheit 766 geringer ist als der vorgegebene Wert, geht das Invertergerät direkt über zu „Stopp-Ermittlungseinheit“ implementiert durch eine Routine (Schritt S810). In diesem Fall ist die unten beschriebene Aktualisierung der detektierten Frequenz übersprungen.
Wenn ja gilt bei „Ia² > Ith²?“ (Schritt S801), geht das Invertergerät über zu „Frequenz-Detektionseinheit“ implementiert durch eine Routine (Schritt S812). Zuerst wird die Phase θ eines Stromvektors berechnet bei „θnew ← tan^–1 (Iβ/Iα)“ (Schritt S813). Die tan^–1 Funktion gibt hier den Bereich von θ = 0 ~ 2π [radian] aus korrespondierend zu 4 Quadranten der αβ-Koordinate, um die Phase θ der Polarkoordinaten-Transformation zu erhalten.
Es wird ermittelt, ob die vergangene Zeit T1 von dem Punkt, an dem die Phase θ zuletzt erhalten wurde, kürzer ist als eine erste vorgegebene Zeit oder nicht bei „T1 < 375 µs?“ (Schritt S814). Wenn es nein ist, also die verstrichene Zeit T1 länger ist, wird sie ermittelt, lang zu sein, als das unten beschriebene Berechnungsintervall der Winkelgeschwindigkeit ω. Somit wird die Berechnung von ω nicht durchgeführt.
Wenn es ja ist bei „T1 < 375 µs?“ (Schritt S814), wird die Änderung [radian] der Phase θ von dem Punkt, an dem die Phase θ zuletzt berechnet wurde, als Δθ berechnet bei „Δθ ← θnew – θold“ (Schritt S815). Dann, bei „Δθ < 0?“ und „Δθ ← Δθ + 2π“, wird die Korrektur über θ = 0 (äquivalent zu = 2π) von der letzten Detektion der Phase θ durchgeführt (Schritte S816, S817). Danach wird die elektrische Winkelfrequenz ω berechnet bei „ω ← Δθ / T1“ (Schritt 818), das heißt der Betrieb als Frequenz-Detektionseinheit wird durchgeführt (S812).
Bei „ω ≥ ωth?“ wird ermittelt, ob der Ausgang ω der Frequenz-Detektionseinheit gleich oder mehr ist als der vorgegebene Wert ωth oder nicht (Schritt S820). Wenn er größer ist, wird der Prozess von „T2 ← 0“ durchgeführt (Schritt S821), und wenn er kleiner ist, wird dieser Prozess übersprungen. Entsprechend kennzeichnet der T2 Wert eine verstrichene Zeit von wenn der Ausgang ω der Frequenz-Detektionseinheit (Schritt S812) nicht länger gleich oder mehr als der vorgegebene Wert ωth ist. Bei „θold ← θnew“ und „T1 ← 0“ wird θ aktualisiert und die verstrichene Zeit von der vorhergehenden Aktualisierung wird gelöscht (Schritte S823, S825) und dann schreitet das Invertergerät fort zu der „Stopp-Ermittlungseinheit“, implementiert durch eine Routine (Schritt S810).
Bei „T2 > Tb?“ ist Tb auf 0,3 Sekunden gesetzt (Schritt S828). Wenn es ja ist, sind 0,3 Sekunden verstrichen seit dem Punkt, an dem der Ausgang ω der Frequenz-Detektionseinheit nicht länger gleich oder mehr als der vorgegebene Wert ωth ist. Dementsprechend wird die „Ermittlungs-Stopp-Flaggen-Festlegung“ durchgeführt (Schritt S829). Wenn es nein ist, erreicht der Prozess das Ende ohne das Durchführen des obigen Prozesses, und der Unterbrechungsprozess wird beendet (Schritt S830).
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform gibt es die „initiale Festlegungs-Routine“ und die „3,3-ms Zyklus-Unterbrechungs-Serviceroutine“, die nicht illustriert sind, zusätzlich zu der Unterbrechungs-Prozess-Routine alle 128 µs, die in der 44 illustriert ist. In der „initiale Festlegungs-Routine“ wird ein Wert größer als 375 µs, so wie „T1 ← 1000 µs“, gesetzt, und „T2 ← 0“ wird ebenfalls gesetzt, wobei ein angemessener Prozess gestartet werden kann während der Strom-Winkelgeschwindigkeit-Detektionsperiode. In der „3,3-ms Zyklus-Unterbrechungsprozess-Serviceroutine“ wird eine Stopp-Ermittlungs-Flagge bestätigt. Wenn eine Flagge gesetzt ist bei „Stopp-Ermittlungs-Flaggen-Festlegung“ (Schritt S829), wird ein notwendiger Prozess als das Invertergerät gestartet in der „3,3-ms Zyklus-Unterbrechungsprozess-Serviceroutine“, wobei die Stopp-Ermittlung durchgeführt wird. Während des Antriebskraft-Laufs kann der Prozess zum Regeln der Geschwindigkeit des Elektromotors 750 ebenfalls durchgeführt werden in der „3,3-ms Zyklus-Unterbrechungsprozess-Serviceroutine“.
Der Betrieb der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform mit der obigen Konfiguration wird unten beschrieben. Die 45 ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm des Mikrocomputers 789 in dem Invertergerät gemäß der dreizehnten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die 45(a) illustriert eine Länge (Absolutwert) |I| eines Stromvektors, die 45(b) illustriert den elektrischen Winkel θ und die 45(c) illustriert einen Ausgang der elektrischen Winkelgeschwindigkeit ω. In der 45 wird die in der 44 illustrierte Unterbrechungsroutine alle Δt = 128 µs durchgeführt, und der Prozess wird durchgeführt bei t1, t2, t3, ...
Wie in der 45(a) illustriert, variiert die Länge |I| des Stromvektors, weil die Masse der Last 748 nicht gleichförmig ist oder Rauschkomponenten in den Stromsignalen von Iu, Iv, Iw enthalten sein können. Insbesondere bei t4 ist die Länge |I| kleiner als der vorgegebene Wert Ith, das heißt, dass der Ausgangspegel der Strom-Detektionseinheit 766 gleich oder geringer ist als der vorgegebene Wert Ith. Die Länge |I| übersteigt Ith bei anderen Timings. Tatsächlich variiert die in der 45(b) illustrierte Änderung in der Geschwindigkeit (Steigung) des elektrischen Winkels θ natürlich mit dem Fortschritt der Bremsung. Die Änderung in der Geschwindigkeit des elektrischen Winkels θ ist allerdings illustriert als ungefähr konstant, um die Beschreibung zu vereinfachen.
Außer für t4, wo die Länge des Stromvektors kleiner ist als Ith, wird die Phase θ des Stromvektors berechnet bei „θnew ← tan^–1 (Iβ/Iα)“ (Schritt S813). Die elektrische Winkelgeschwindigkeit ω wird ebenfalls berechnet, wenn der Prozess durch „ω ← Δθ / T1“ (Schritt S818) schreitet, und ω wird aktualisiert nach der Zeit td, die für die Berechnung benötigt wird. Andererseits wird die Phase θ nicht aktualisiert und ω wird nicht aktualisiert bei t4. Im Gegenteil aktualisiert die Frequenz-Detektionseinheit die detektierte Frequenz ω, wenn der Ausgangspegel der Strom-Detektionseinheit 766 gleich oder mehr als der vorgegebene Wert Ith ist (Schritt S812). Dieser Prozess kann eine Fehlfunktion verhindern, die verursacht wird von einem Berechnungsfehler der Phase θ, der von einem exzessiv kleinen |I| erzeugt wird.
Bei t5 wird die verstrichene Zeit T1 von der letzten Detektion der Phase θ zu 256 µs korrespondierend zu 2ΔT. Eine Ja-Ermittlung wird gemacht bei „T1 < 375 µs?“ (Schritt S814), so dass ω5 berechnet wird aus der Änderung in der Phase θ während 256 µs, und aktualisiert wird.
Bei t1, t5 und t6, wo die Berechnung über θ = 0 (äquivalent zu gleich 2π) durchgeführt wird, wird die Korrektur mit „Δθ < 0?“ und „Δθ ← Δθ + 2π“ durchgeführt (Schritte S816, S817). Entsprechend wird der korrekte ω-Wert berechnet.
Die 46 ist ein Diagramm, das den Fall illustriert, in dem die Länge |I| eines Stromvektors in der 45 zweimal hintereinander geringer ist als der vorgegebene Wert Ith. Wie die 45 illustriert die 46(a) eine Länge (Absolutwert) |I| eines Stromvektors, die 46(b) illustriert den elektrischen Winkel θ und die 46(c) illustriert einen Ausgang der elektrischen Winkelgeschwindigkeit ω. In der 46 wird |I| kleiner als der vorgegebene Wert Ith zweimal hintereinander bei t2 und t3. Somit erreicht, bei t4, die verstrichene Zeit T2 seit t1, wo die Phase θ zuletzt detektiert wurde, 384 µs. In diesem Fall wird die Ermittlung bei „T1 < 375 µs?“ zu nein (Schritt S814), so dass ω nicht berechnet (aktualisiert) wird.
In der vorstehenden beispielhaften Ausführungsform kann das Invertergerät, selbst wenn die Geschwindigkeit des Elektromotors 750 bei einem Maximum von 50000 Umdrehungen pro Minute ist, in die Strom-Winkelgeschwindigkeit-Detektionsperiode eintreten. Ein Zyklus (2π [radian]) der Winkelgeschwindigkeit (elektrischer Winkel) bei dieser Geschwindigkeit ist 600 µs. 375 µs kürzer als 600 µs wird festgelegt als eine obere Grenze des Zeitintervalls für die Berechnung der Winkelgeschwindigkeit ω, wobei eine fehlerhafte Detektion von ω, das ist eine Umdrehung verzögert, verhindert werden kann.
Der Schwellenwert von 375 µs, festgelegt in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, kennzeichnet direkt eine Zeit. Der Unterbrechungszyklus ist jedoch 128 µs. Somit kann die Ermittlung durchgeführt werden mit der Anzahl der Male der periodischen Unterbrechung wie „der Fall von 2 oder weniger“ und „der Fall von dreimal oder mehr“. Dies bedeutet, dass eine Referenz festgelegt wird für die Länge der Zeit. Bei t4, wo die verstrichene Zeit 375 µs übersteigt, ist |I| > Ith. Somit wird die Phase θ, die effektiv detektiert werden kann, danach bei t5 für die Berechnung von ω verwendet.
Somit speichert, in dem Invertergerät gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, die Frequenz-Detektionseinheit die Phase θ des Stromvektors Ia in einem stationären Bezugssystem αβ, wenn der Ausgangspegel |I| der Strom-Detektionseinheit 766 gleich oder mehr ist als der vorgegebene Wert Ith. Wenn die verstrichene Zeit T1 von der letzten gespeicherten Phase θ länger ist als der vorgegebene Wert, 375 µs, wird die detektierte Frequenz ω nicht aktualisiert. Wenn die verstrichene Zeit T1 seit der letzten gespeicherten Phase θ gleich oder kürzer ist als der vorgegebene Wert, 375 µs, wird die detektierte Frequenz ω berechnet mit der Division von der Phasendifferenz Δθ mit der letzten und der verstrichenen Zeit T2, und aktualisiert (Schritt S812). Somit kann die Stopp-Ermittlung mit hoher Verlässlichkeit und Sicherheit ohne die Befürchtung einer fehlerhaften Detektion mit einem Wert eine Runde verzögert implementiert werden.
Eine Länge eines Stromvektors in dem stationären Bezugssystem αβ wird verwendet für die Ermittlung eines Strompegels. Somit ist die stabile Ermittlung bei |I| ungefähr nahe einem DC-Wert möglich, der weniger beeinflusst ist von der Variation in dem sinusförmigen Momentanwert von jedem der drei Phasen-Leitungsströme. Somit wird die Verlässlichkeit der Stopp-Ermittlung vergrößert.
Bezüglich dieses Punktes ist es äquivalent mit der Konfiguration, in der die Ermittlung durchgeführt wird durch das Akquirieren einer Länge eines Stromvektors in einer dq-Koordinate. Wenn jedoch das Anhalten nur mit der Kurzschlussbremsung ermittelt wird, ist es unnötig, die d-Achse korrekt zu schätzen, so dass nur eine einfache Berechnung erforderlich ist. Dies kann Effekte bereitstellen, so dass die Verlässlichkeit erhöht wird und ein kostengünstiger und energiesparender Mikrocomputer verwendet werden kann.
Wie vorstehend beschrieben, aktualisiert in der Waschmaschine gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform die Frequenz-Detektionseinheit 768 eine detektierte Frequenz, wenn der Ausgangspegel der Strom-Detektionseinheit 766 gleich oder mehr als ein vorgegebener Wert ist. Somit kann eine hochverlässliche Stopp-Ermittlung durchgeführt werden.
In der Waschmaschine gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform legt die Frequenz-Detektionseinheit 768 das Zeitintervall für die Berechnung einer Winkelgeschwindigkeit innerhalb einer Strom-Winkelgeschwindigkeits-Detektionsperiode fest als einen Zyklus, der kürzer ist als ein Zyklus einer Winkelgeschwindigkeit bei der maximalen Geschwindigkeit während der Strom-Winkelgeschwindigkeits-Detektionsperiode. Somit kann eine hochverlässliche und hochgradig stabile Stopp-Ermittlung durchgeführt werden.
In der Waschmaschine gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform speichert die Frequenz-Detektionseinheit 768 eine Phase eines Stromvektors in einem stationären Bezugssystem, wenn ein Ausgangspegel der Strom-Detektionseinheit 766 gleich oder mehr ist als ein vorgegebener Wert. Wenn eine verstrichene Zeit seit der letzten gespeicherten Phase länger ist als ein vorgegebener Wert, aktualisiert die Frequenz-Detektionseinheit 768 eine detektierte Frequenz nicht, und wenn die verstrichene Zeit seit der letzten gespeicherten Phase gleich oder kürzer ist als ein vorgegebener Wert, berechnet und aktualisiert die Frequenz-Detektionseinheit 768 die detektierte Frequenz aus einem Phasenunterschied mit der letzten gespeicherten Phase und der verstrichenen Zeit. Somit kann eine hochgradig verlässliche Stopp-Ermittlung durchgeführt werden.
VIERZEHNTE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
Die 47 ist ein Flussdiagramm eines Invertergeräts gemäß einer vierzehnten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Hardware-Konfiguration in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist ähnlich zu derjenigen in der dreizehnten beispielhaften Ausführungsform. Nur der Algorithmus eines Steuerprogramms, das in einen Flash-Speicher in dem Mikrocomputer 789 geschrieben ist, ist unterschiedlich. Die 47 illustriert insbesondere ein Flussdiagramm der „3,3-ms Zyklus-Unterbrechungs-Serviceroutine“.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird der Unterbrechungsvorgang jedes 128 µs Zyklus beschrieben in der dreizehnten beispielhaften Ausführungsform ähnlich durchgeführt. Außerdem wird das in diesem Flussdiagramm illustrierte Programm ausgeführt durch ein Unterbrechungssignal generiert alle 3,3 ms. Als der initiale festgelegte Wert an dem Punkt, an dem die Kurzschluss-Bremsperiode beginnt, werden T3 ← 0 und Tu ← Tj (200 Sekunden) oder Unterbrechungsflagge ← low gesetzt.
Eine Last-Stopp-Schätzeinheit implementiert durch eine Routine gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform beginnt den Prozess von „3,3 ms Unterbrechung“ (Schritt S841). Bei „T3 ← T3 + ΔT“ wird ΔT (gleich 3,3 ms) addiert (Schritt S842). Bei „Stopp-Ermittlungs-Flagge“ wird ermittelt, ob die „Stopp-Ermittlungs-Flaggen-Festlegung“ (Schritt S829) in der 44, illustrierend den Unterbrechungsvorgang jeden 128 µs Zyklus, durchgeführt wird oder nicht (Schritt S844). Wenn die Flagge gesetzt ist (high), geht die Routine weiter zu einer Übertragungsmechanismus-Unterbrechungs-Detektionseinheit (Schritt S845). In der Übertragungsmechanismus-Unterbrechungs-Detektionseinheit wird es ermittelt bezüglich „Unterbrechungs-Flagge“ (Schritt S846). Wenn die Flagge low ist, schreitet die Routine weiter zur Ermittlung von „T3 < Tc?“ (Schritt S847). In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird Tc auf 10 Sekunden festgelegt.
Wenn ja, wird Unterbrechungs-Flagge ← high ausgeführt bei „Unterbrechungs-Flaggen-Festlegung“ (Schritt S848). Wenn nein bei „T3 < Tc?“ (Schritt S847) schreitet die Routine fort zu „Tu ← 0“ (Schritt S849). Danach schreitet die Routine weiter zu der Ermittlung bei „T3 > Tu?“ (Schritt S850). Bei ja wird „Last-Stopp-Schätzungs-Flaggen-Festlegung“ durchgeführt (Schritt 851). Bei „Ende“ wird die „3,3-ms Zyklus-Unterbrechungs-Serviceroutine“ beendet (Schritt S852).
Der Betrieb mit der obigen Konfiguration wird beschrieben. Mit Tu ← Tj bei der initialen Festlegung wird die Last-Stopp-Schätzung begonnen als verzögert gegenüber der Stopp-Ermittlung. T3 ist eine Variable, die eine verstrichene Zeit kennzeichnet, nachdem das Invertergerät in die Kurzschluss-Bremsperiode eintritt. Wenn die Stopp-Flagge bei T3 < Tc zu high wird, wird ermittelt, dass eine Unterbrechung auftritt bei „Unterbrechungs-Flaggen-Festlegung“ (Schritt S848). Wenn T3 >= Tc, wird die Verzögerung für die Last-Stopp-Schätzung gestrichen mit „Tu ← 0“ (Schritt S849). Es wird ermittelt, ob die verstrichene Zeit verstrichen ist oder nicht, bei „T3 > Tu?“ (Schritt S850), und dann wird der Last-Stopp geschätzt bei „Last-Stopp-Schätzungs-Flaggen-Festlegung“ (Schritt S851).
Die 48 ist ein Graph, der Charakteristika der Last-Stopp-Schätzeinheit (Schritt S840) in dem Invertergerät gemäß der vierzehnten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. In der 48(a) kennzeichnet eine horizontale Achse die Zeit Tmstop von dem Beginn der Kurzschluss-Bremsperiode bis dass der Elektromotor 750 anhält. Eine vertikale Achse in der 48(a) kennzeichnet eine Zeit Tlstop von dem Beginn der Kurzschluss-Bremsperiode bis dass die Last-Stopp-Schätzeinheit die Last-Stopp-Schätz-Flagge setzt und das Last-Stopp-Schätz-Signal ausgibt (Schritt S840). Die 48(b) kennzeichnet einen Wert einer Unterbrechungs-Flagge, das ist das Unterbrechungs-Signal Sj, relativ zu der horizontalen Achse ähnlich zu der in der 48(a).
Der folgende Prozess wird durchgeführt, wenn der Riemen 746 in dem Energieübertragungspfad zwischen dem Elektromotor 750 und der Last 748 defekt oder von der Riemenschreibe 747 ausgekoppelt ist, bevor das Invertergerät in die Kurzschluss-Bremsperiode eintritt oder während der Kurzschluss-Bremsperiode. Der Bremsvorgang, der ein Vorgang zum Absorbieren der Bewegungsenergie der Last 748 durch den Elektromotor 750 ist, wird nicht durchgeführt. Nachdem der Elektromotor 750 anhält, ist es wahrscheinlich, dass die Last 748 aufgrund der Trägheit für eine Weile weiter rotiert. In einem solchen Fall ist es wahrscheinlich, dass die Rotation des Elektromotors 750 innerhalb einer kurzen Zeit stoppt, in der nur die Bewegungsenergie nur des Elektromotors 750 seit dem Start der Kurzschluss-Bremsperiode absorbiert wurde.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird das Unterbrechungs-Signal Sj ausgegeben, wenn die Zeit von dem Beginn der Kurzschluss-Bremsperiode bis dass der Elektromotor 750 anhält, kürzer ist als eine zweite vorgegebene Zeit Tc. Somit detektiert die Übertragungsmechanismus-Unterbrechungs-Detektionseinheit eine Anomalie des Übertragungsmechanismus mit einer relativ einfachen Konfiguration (Schritt S845).
Selbst nachdem der Elektromotor 750 anhält, ist die Last 748 mechanisch getrennt. Somit benötigt es eine angemessene Zeit bis zum natürlichen Anhalten aufgrund des Reibungswiderstands mit Getrieben oder der Luft. Diese Zeit variiert, wenn sich das Trägheitsmoment der Last 748 ändert. Diese Zeit variiert ebenfalls in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit (die ausgedrückt werden kann als eine Rotationsgeschwindigkeit oder Winkelgeschwindigkeit) zu Beginn, dem Zustand des Getriebes, der Temperatur und dergleichen. Es wird jedoch angenommen, dass die Last 748 anhält innerhalb von zumindest 200 Sekunden, selbst wenn die Zeit maximal wird, und Tj = 200 Sekunden wird festgelegt. Wenn das Unterbrechungs-Signal Sj von der Übertragungsmechanismus-Unterbrechungs-Detektionseinheit empfangen wird (Schritt S845), gibt die Last-Stopp-Schätzeinheit das Last-Stopp-Schätzsignal aus, das immer verzögert ist gegenüber der Stopp-Ermittlungs-Flagge (Schritt S840).
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird die Verzögerungszeit tex dementsprechend nicht konstant. Allerdings wird das Last-Stopp-Schätzsignal ausgegeben zumindest nachdem die Last 748 anhält. Somit kann das Timing, um einer Person zu erlauben, die Last 748 zu berühren, in einem Fall, in dem es wahrscheinlich ist, dass die Person die Last 748 berührt, festgelegt werden nachdem die Last 748 anhält, wobei das Sicherheitsproblem gelöst werden kann.
Die Übertragungsmechanismus-Unterbrechungs-Detektionseinheit gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform gibt ein Unterbrechungssignal aus, wenn das Kurzschluss-Bremssignal kürzer ist als die zweite vorgegebene Zeit Tc (Schritt S845). Allerdings ist die vorliegende beispielhafte Ausführungsform nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Verschiedene Konfigurationen werden berücksichtigt. Beispielsweise kann die Ermittlung gemacht werden, wenn die zeitliche Änderung der Winkelgeschwindigkeit ω, beispielsweise die Stärke der Winkelbeschleunigung, während der Kurzschluss-Bremsperiode zu einer Verlangsamung größer als ein vorgegebener Wert wird.
Wie vorstehend beschrieben, enthält die Waschmaschine gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform eine Übertragungsmechanismus-Unterbrechungs-Detektionseinheit, die eine Anomalie des Energieübertragungspfades 746 zwischen dem Elektromotor 750 und der Trommel 748 detektiert; und eine Trommel-Stopp-Schätzeinheit, wobei die Trommel-Stopp-Schätzeinheit ein Trommel-Stopp-Schätzsignal ausgibt, das verzögert ist gegenüber der Stopp-Ermittlung, wenn ein Unterbrechungssignal von der Übertragungsmechanismus-Unterbrechungs-Detektionseinheit empfangen wird. Somit kann die Sicherheit erhöht werden, wenn eine Anomalie in dem Energieübertragungspfad 746 auftritt.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform gibt die Übertragungsmechanismus-Unterbrechungs-Detektionseinheit ein Unterbrechungssignal aus, wenn die Zeit seit dem Beginn der Kurzschluss-Bremsperiode bis dass der Elektromotor 750 anhält kürzer ist als eine zweite vorgegebene Zeit. Somit kann die Sicherheit gewährleistet werden mit einer relativ einfachen Konfiguration.
FÜNFZEHNTE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
Die 49 ist ein Diagramm, das eine interne Konfiguration einer Schleuder gemäß einer fünfzehnten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert, gesehen von der Seite. In der 49 ist eine Last 855 eine Trommel 857, die ein zu schleuderndes Subjekt 856 enthält und eine Vielzahl von Löchern hat. Ein Schaft 858 der Trommel 857 wird von Kugellagern 860, 861 gehalten, so dass er rotierbar ist.
Der Elektromotor 863 hat eine beinahe ähnliche Konfiguration wie der Elektromotor 750 gemäß der zwölften beispielhaften Ausführungsform. In einem Energieübertragungspfad sind eine Riemenscheibe 864 und eine Riemenscheibe 865 mit einem Riemen 866 gekoppelt. Die Trommel 857 wird rotiert, um eine Zentrifugalkraft auf das zu schleudernde Subjekt 856 auszuüben, und Wasser wird ausgestoßen durch die Löcher in der Trommel 857. Das Wasser wird aufgenommen von dem Aufnahmezylinder 867, der die Trommel 857 umschließt, und wird zu dem Ablaufschlauch 868 geleitet. Somit wird ein Schleudervorgang durchgeführt. Das Invertergerät 870 enthält einen Inverter-Schaltkreis 871 und einen Steuer-Schaltkreis 872, die ähnliche Konfigurationen haben zu denjenigen in den zwölften bis vierzehnten beispielhaften Ausführungsformen. Das Invertergerät 870 enthält außerdem einen Spulen-Ansteuerschaltkreis 875, der das Stopp-Ermittlungs-Signal S1 von dem Steuer-Schaltkreis 872 empfängt.
Die Schleuder enthält außerdem eine Tür 877, die öffenbar ist. Die 49 illustriert den Zustand, in dem die Tür geöffnet ist, mit einer strichpunktierten Linie. Eine Verriegelungseinheit 880 zum Geschlossenhalten der Tür 877 ist vorgesehen. Die Verriegelungseinheit 880 enthält eine Spule 881, einen eisernen Verriegelungsriegel 882, der sich vertikal mit der Spule 881 bewegt, und einem Haken 883, der an der Tür 877 vorgesehen ist und mit dem Verriegelungsriegel 882 zusammenwirkt, wenn die Tür 877 geschlossen ist. Wenn der Haken 883 und der Verriegelungsriegel 882 miteinander zusammenwirken, kann ein Benutzer die Tür 877 nicht öffnen, selbst bei einer Zugtätigkeit. Somit hindert diese Konfiguration den Benutzer daran, seine / ihre Hand in der Trommel 857 zu platzieren.
In dem Zustand, in dem der Spulen-Ansteuerschaltkreis 875 der Spule 881 einen Strom zuführt, wird der Verriegelungsriegel 882 durch ein magnetisches Feld, erzeugt von der Spule 881, gegen die Schwerkraft angehoben. Somit wird die Verriegelung gelöst. Der Benutzer kann die Tür 877 öffnen, und das zu schleudernde Subjekt 856 mit seiner / ihrer Hand in der Trommel 857 berühren. Ein Türsensor 885 hat einen Kontakt, detektiert den Öffnungs- / Schließzustand der Tür 877 und gibt diesen Zustand als S2 Signal aus. Wenn die Tür 877 geschlossen ist, wird ein High-Signal zu dem Steuerschaltkreis 872 übertragen.
Der Betrieb in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform mit der obigen Konfiguration wird beschrieben. Die 50 ist ein Betriebs-Wellenform-Diagramm der Schleuder gemäß der fünfzehnten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die 50(a) illustriert eine elektrische Winkelgeschwindigkeit ω, die 50(b) illustriert ein Stopp-Ermittlungs-Signal S1 und die 50(c) illustriert eine Wellenform eines Gate-Signals Sg an der Niedrigpotential-Seite der U-Phase in dem Inverter-Schaltkreis 871. Die 50(d) illustriert einen Zufuhrstrom Ik, zugeführt zu der Spule 881, und die 50(e) illustriert eine Wellenform eines Öffnungs- / Schließsignals S2 der Tür seit wenn die Schleuder während des Schleudervorgangs in den Bremszustand eintritt bis dass sie anhält und der Benutzer die Tür öffnet.
Während der Antriebskraft-Laufzeit bis t1 wird ein einer PWM unterworfenes Gate-Signal zum Antreiben des Elektromotors 863 zugeführt wie dargestellt als Sg in der 50(c). Die Gate-Signale außer dem Gate-Signal der U-Phase an der Niedrigpotential-Seite sind nicht illustriert. Allerdings werden Gate-Signale, die einer PWM unterliegen, während der Antriebskraft-Laufzeit zugeführt.
Wenn der Schleudervorgang beendet ist und die Kurzschluss-Bremsperiode bei t1 beginnt, steigen die Gate-Signale der U-, V- und W-Phasen an der Niedrigpotential-Seite alle, um in einen Dauer-Ein-Zustand gebracht zu werden. Somit wird der Elektromotor 863 in den Kurzschluss-Bremszustand gebracht, in dem die Eingangsspannung des Elektromotors 863 beinahe null ist, und danach verringert sich ω graduell. Bei t2 wird die Zählung von 0,3 Sekunden, was die erste vorgegebene Zeit ist, begonnen ab dem Punkt, an dem ω ωth erreicht. Die Trommel 857 ist angehalten bei t3, gelegen während dieser Periode. S1 wird geändert zu high bei t4, was nach der ersten vorgegebenen Zeit von 0,3 Sekunden nach t2 ist, und der Zufuhrstrom Ik, zugeführt von dem Spulen-Ansteuerschaltkreis 875 an die Spule 881, steigt an.
Bei t4 wird Sg zu dem low (aus) Zustand, und die Kurzschlussbremsung wird abgebrochen. Allerdings kann Sg den High-Zustand nach t4 behalten, was die Sicherheit für den Benutzer weiter erhöhen kann für eine unerwartete Rotation der Trommel 857. Es kann so konfiguriert werden, dass die Kurzschlussbremsung angewendet wird nur während der Periode, in der S2 high wird. Außerdem kann ein Gleichstrom mit einer vorgegebenen Stärke durch den Elektromotor 863 fließen. Dies kann eine Maßnahme des Unterdrückens der Bewegung der Trommel 857 zur Verfügung stellen. Somit kann die Periode zum Zuführen des Gleichstroms von dem Inverter-Schaltkreis 871 nach t4 vorgesehen sein. Zu dieser Zeit kann die Tür 877 beliebig geöffnet / geschlossen werden, und da der Benutzer die Tür 877 bei t5 öffnet, wird S2, illustriert in der 50(e), low.
Das S2 Signal wird verwendet zum Antreiben des Elektromotors 386, wobei die Tür 877 geschlossen ist, bei dem Start des Schleudervorgangs von einem Standpunkt des Verhinderns von Gefahr. Wenn S2 low ist, wird ein Anlaufen verhindert. Insbesondere wird die Periode von dem Beginn des Schleudervorgangs bis t4 zu einer Verriegelungsperiode zum Geschlossenhalten der Tür 877, und die Verriegelungsperiode ist vorhanden bei der Stopp-Ermittlung bei t4.
Auf diese Art kann die vorliegende beispielhafte Ausführungsform sicher den Benutzer davon abhalten, seine / ihre Hand in der rotierenden Trommel 857 zu platzieren. Somit kann eine Schleuder mit hoher Sicherheit implementiert werden ohne einen Positionsdetektor wie einen Hall IC. Die Verriegelung der Tür 877 wird gelöst bei der Bestromung der Spule 881. Somit wird, selbst wenn ein Energieausfall auftritt und der Ausgang der DC-Energiequelle 751 absinkt, die Verriegelungsperiode der Tür 877 weitergeführt, bis dass die Spule 881 bestromt wird. Entsprechend kann eine hohe Sicherheit für den Benutzer gewahrt bleiben.
Die erste vorgegebene Zeit von wenn ω geringer als ωth wird bis dass die Stopp-Ermittlung ausgegeben wird, wird festgelegt, so dass sie eine kurze Zeit ist, so wie 0,3 Sekunden. Somit fällt die Verzögerungszeit des Timings für die Stopp-Ermittlung von t3, wo die Trommel 857 tatsächlich anhält, innerhalb von 0,17 Sekunden, unter Berücksichtigung verschiedener Bedingungen und Variationen. Somit kann der Benutzer das zu schleudernde Subjekt 856 herausnehmen ohne den Verlust von Zeit, wodurch der Benutzer seine / ihre Zeit effektiv verwenden kann.
Die nachfolgenden Konfigurationen werden betrachtet zum weiteren Erhöhen der Sicherheit. Eine Kurzschluss-Bremsperiode kann festgelegt werden, und danach kann die Verriegelung der Tür 877 gelöst werden, berücksichtigend den Fall, in dem die Trommel 857 immer noch rotieren kann zu dem Punkt, an dem der Betrieb des Mikrocomputers 789 gestartet wird, direkt nachdem die Energiequelle der Schleuder eingeschaltet wird.
Außerdem kann die Konfiguration der Übertragungsmechanismus-Unterbrechungs-Detektionseinheit, beschrieben in der vierzehnten beispielhaften Ausführungsform, verwendet werden, berücksichtigend den Fall, in dem der Übertragungsmechanismus defekt sein kann, wie wenn der Riemen 866 gerissen ist oder entkoppelt von den Riemenscheiben 864, 865. Insbesondere ist die Konfiguration, in der die Verriegelung der Tür 877 nach dem Last-Stopp-Schätzsignal gelöst wird, ebenfalls wirkungsvoll. In dem Fall, in dem der Riemen 866 defekt ist, ist das Trägheitsmoment der Trommel 857 0,3 kg pro Quadratmeter in dem Fall der Schleuder, selbst wenn die Trommel 857 leer ist. Wenn das Geschwindigkeitsreduzierungsverhältnis (Verhältnis der Geschwindigkeit) basierend auf dem Verhältnis der Durchmesser der Riemenscheiben 864 und 865 als 10:1 festgelegt wird, ist das Trägheitsmoment bezogen auf die Achse des Elektromotors 863 0,003 kg pro Quadratmeter. Ebenfalls ist dieser Wert ungefähr 10 Mal das Trägheitsmoment des normalen Elektromotors 863, und wenn der Riemen 866 nicht vorhanden ist, reduzieren sich das Winkelmoment und die Bewegungsenergie beide auf ungefähr 10/1. Somit wird die Verlangsamung während der Kurzschluss-Bremsperiode abrupt, und ob der Riemen 866 vorhanden ist oder nicht kann klar ermittelt werden unter Verwendung sowohl der Winkelbeschleunigung als auch der Zeit, bis der Elektromotor 863 anhält.
Es kann berücksichtigt werden, dass die Unterbrechung des Übertragungsmechanismus detektiert wird aus der Größe der Winkelbeschleunigung zu insbesondere dem q-Achsen-Strom, während ein Stromvektor in dq-Koordinaten während der Bremsung berechnet wird. Wenn die obige schnelle Verlangsamung auftritt aufgrund der Abwesenheit des Riemens 866, ist es wahrscheinlich, dass sich ein Fehler in der Detektion in den dq-Koordinaten erhöht, so dass eine komplexe Konfiguration benötigt wird. Die Konfiguration der vorliegenden Erfindung, unter Verwendung des stationären Bezugsystems während der Kurzschluss-Bremsperiode, ist jedoch einfach und hochgradig verlässlich bei der Detektion einer Unterbrechung des Übertragungsmechanismus. Somit können signifikante Effekte bereitgestellt werden.
Alternativ kann eine Übertragungsmechanismus-Unterbrechungs-Detektionsperiode festgelegt werden, bevor die Verriegelung der Tür 877 gelöst wird. Während dieser Periode wird temporär ein Strom von dem Inverter-Schaltkreis an den Elektromotor 863 geliefert, und es wird detektiert, dass das Drehmoment einer Last, die mit dem Elektromotor 863 verbunden ist, nicht extrem klein ist, aus dem Verhältnis zwischen Strom und Spannung. Somit kann eine Schleuder mit hoher Sicherheit, um die Sicherheit sicherer zu machen, implementiert werden.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird ein Haushaltsgerät beschrieben, dass Wäsche als ein zu schleuderndes Subjekt enthält. Allerdings enthalten Maschinen, die generell bezeichnet werden als Waschmaschine oder Waschtrockner, diejenige, die eine Funktion einer Schleuder haben. Die vorliegende beispielhafte Ausführungsform kann eine solche Maschine sein.
Eine automatische Waschmaschine, die Waschen und Spülen auf die übliche Art automatisch durchführt, führt während des Betriebs zwei oder mehr Schleudervorgänge durch, wie einen Schleudervorgang zum Ausstoßen von Wasser enthaltend ein Waschmittel und einen Schleudervorgang zum Ausstoßen von Wasser nach dem Spülen. Eine Maschine, die nach dem Schleudern eine Trocknung durchführt, geht zu dem nächsten Prozess (Sequenz) über nach dem Ende des Schleuderns. Selbst eine Maschine, die die Sequenz nach dem Schleudern hat, ermöglicht die Ermittlung, ob eine Trommel tatsächlich anhält oder nicht, mit weniger Verzögerung durch das Verwenden der Stopp-Ermittlung mit dem Invertergerät gemäß der vorliegenden Erfindung. Somit kann ein Zeitverlust, bis die nächste Sequenz beginnt, soweit wie möglich verringert werden. Entsprechend kann die für einen vollständigen automatischen Waschvorgang (Waschen, Schleudern, Spülen und Schleudern) benötigte Zeit verkürzt werden, wodurch der Effekt des Kürzens der Zeit erhalten werden kann.
Die Rotationsachse der Trommel 857 ist horizontal. Die Rotationsachse kann jedoch vertikal oder geneigt sein. Der Energieübertragungspfad zum Rotieren und Antreiben der Trommel 857 wird gebildet durch die Verwendung der Riemenscheiben 864, 865 und des Riemens 866. Der Pfad kann jedoch unter der Verwendung von Getrieben gebildet werden. Alternativ kann ein Elektromotor direkt auf dem Schaft 858 der Trommel 857 angeordnet sein, und der Elektromotor kann mit derselben Geschwindigkeit rotieren. Diese Konfiguration wird als Direktantrieb bezeichnet.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Wie vorstehend beschrieben ist die Waschmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung verwendbar als eine Waschmaschine, die Sicherheit gewährleisten kann ohne das Bereitstellen eines Positionsdetektors, wie einem Hall IC.
Bezugszeichenliste
Fig. 1

1: HIGH
2: LOW

1: ANTRIEBSKRAFT-LAUFZEIT
2: (ALLE-AUS-PERIODE)
3: KURZSCHLUSS-BREMSPERIODE
4: SPANNUNGS-REDUZIERUNGSPERIODE
5: (KURZSCHLUSS-ZEITVERHÄLTNIS-ERHÖHUNGSPERIODE)
6: (KURZSCHLUSS-ZEITVERHÄLTNIS)

1: GESCHWINDIGKEIT
2: TROMMELGESCHWINDIGKEIT

1: ANTRIEBSKRAFT-LAUFZEIT
2: SPANNUNGS-REDUZIERUNGSPERIODE
3: KURZSCHLUSS-BREMSPERIODE

S210: START
S211: KURZSCHLUSSBREMSUNG (B99RQ)
S213: VERRIEGELUNGS-LÖSUNG
1: STOPP-ERMITTLUNG Cs = HIGH-ZUSTAND

1: HIGH
2: LOW

1: HIGH
2: LOW

1: KURZSCHLUSS-ZEITVERHÄLTNIS-ERHÖHUNGSGESCHWINDIGKEIT
2: (KURZSCHLUSS-ZEITVERHÄLTNIS)

1: GESCHWINDIGKEIT
2: TROMMELGESCHWINDIGKEIT
3: STROMZUFUHRPERIODE
4: KURZSCHLUSS-BREMSPERIODE

S430: BEGINNE BREMSVORGANG
S431: KURZSCHLUSSBREMSUNG (BRQ)
S434: STROMZUFUHR (Ka = HIGH)
S435: STROMREGELUNG IN KRAFT?
S437: VERRIEGELUNGS-LÖSUNG

S450: STARTE BREMSVORGANG
S451: KURZSCHLUSSBREMSUNG (BRQ)
S454: SPANNUNGSZUFUHR (20 ms)
S455: ERMITTLE STROMWERT (MIT SCHWELLENWERT)
1: NICHT ERREICHT
2: ERREICHT
S457: VERRIEGELUNGS-LÖSUNG
S458: FEHLERANZEIGE

1: STROMZUFUHRPERIODE

1: d-ACHSE
2: RIEMEN IST NORMAL
3: RIEMEN IST ENTKOPPELT

1: STROMZUFUHRPERIODE
2: FREQUENZ
3: (MECHANISCHE ANTIRESONANZ-FREQUENZ)

1: HIGH
2: LOW

1: KURZSCHLUSS-ZEITVERHÄLTNIS-ERHÖHUNGSGESCHWINDIGKEIT
2: KURZSCHLUSS-ZEITVERHÄLTNIS

1: (ALLE-AUS-PERIODE)
2: SPANNUNGS-REDUZIERUNGSPERIODE
3: KURZSCHLUSS-BREMSPERIODE
4: (KURZSCHLUSS-ZEITVERHÄLTNIS-ERHÖHUNGSPERIODE)
5: VDC-SPITZE

1: GESCHWINDIGKEIT
2: TROMMELGESCHWINDIGKEIT

1: KURZSCHLUSS-ZEITVERHÄLTNIS-ERHÖHUNGSGESCHWINDIGKEIT
2: (KURZSCHLUSS-ZEITVERHÄLTNIS)
3: GROSS
4: KLEIN

1: KURZSCHLUSS-ZEITVERHÄLTNIS-ERHÖHUNGSGESCHWINDIGKEIT
2: STROM WÄHREND FREILAUFPERIODE: GROSS
3: STROM WÄHREND FREILAUFPERIODE: KLEIN
4: (KURZSCHLUSS-ZEITVERHÄLTNIS)

1: FREILAUFPERIODE

1: KURZSCHLUSS-ZEITVERHÄLTNIS-ERHÖHUNGSGESCHWINDIGKEIT
2: GESCHWINDIGKEIT

S650: START
S651: KURZSCHLUSSBREMSUNG
1: (STOPP-ERMITTLUNG Cs = HIGH-ZUSTAND)
S653: VERRIEGELUNGS-LÖSUNG

1: 30 ZÄHLER

1: 0,3 SEKUNDEN

S795: 128-µs-UNTERBRECHUNG
S799: αβ-TRANSFORMATION
S829: SETZE STOPP-ERMITTLUNGS-FLAGGE

S841: 3,3-ms-UNTERBRECHUNG
S844: STOPP-ERMITTLUNGS-FLAGGE
S846: UNTERBRECHUNGS-FLAGGE
S848: SETZE UNTERBRECHUNGS-FLAGGE
S851: SETZE LAST-STOPP-SCHÄTZUNGS-FLAGGE

1: ANTRIEBSKRAFT-LAUFZEIT (SCHLEUDERVORGANG)
2: KURZSCHLUSS-BREMSPERIODE
3: 0,3 SEKUNDEN
4: (BEI MAXIMUM) 0,17 SEKUNDEN
5: STOPP-ERMITTLUNG
6: KURZSCHLUSS-STEUERUNG (DAUER-AN)
7: VERRIEGELUNGSPERIODE
8: LÖSE VERRIEGELUNG DER TÜR

948: CONTROLLER
953: VERSTÄRKUNGS / VORSPANNUNGS-SCHALTKREIS
956: ÜBERSTROM-DETEKTIONSEINHEIT

S960: INBETRIEBSETZUNG
S961: KURZSCHLIESSEN
S962: ROTOR STOPPT?
S963: POSITIONIERUNG
S964: FORCIERTE KOMMUTATION
S965: STATIONÄRER BETRIEB

Claims

Eine Waschmaschine aufweisend: eine Trommel, die Wäsche enthält; einen Elektromotor, der einen Permanentmagneten und Dreiphasen-Wicklungen zum Antreiben der Trommel enthält; eine Klappe, die eine Öffnung der Trommel öffnet / verschließt; eine Klappen-Verriegelungseinheit, die die Klappe verriegelt; einen Inverter-Schaltkreis, der Energie von der DC-Energiequelle empfängt, und unter Verwendung einer Vielzahl von Schaltelementen einen Strom an den Elektromotor liefert; und einen Controller, der eine Ein-Aus-Steuerung der Schaltelemente durchführt, wobei der Controller eine Strom-Detektionseinheit enthält, die den Strom detektiert, und eine Geschwindigkeits-Berechnungseinheit, die einen Ausgang der Strom-Detektionseinheit empfängt und eine Geschwindigkeit des Elektromotors berechnet, wobei der Controller die Schaltelemente derart steuert, dass eine Eingangsspannung des Elektromotors bei beinahe null gehalten wird während einer Bremsperiode der Trommel, und das Öffnen der Klappe mit der Klappen-Verriegelungseinheit ermöglicht, nachdem die Geschwindigkeit gleich oder weniger einem vorgegebenen Wert wird.
Die Waschmaschine gemäß Anspruch 1, wobei der Controller Ströme von zwei oder mehr Phasen aus den drei Phasen mittels der Strom-Detektionseinheit detektiert und mittels der Geschwindigkeits-Berechnungseinheit eine Geschwindigkeit berechnet basierend auf den Stromwerten der zwei oder mehr Phasen aus den drei Phasen.
Die Waschmaschine gemäß Anspruch 2, wobei der Controller eine Variable-Frequenz-Oszillationseinheit enthält, die eine Phase des Permanentmagneten enthaltend einen Zeitintegrationswert einer Geschwindigkeit ausgibt; eine Phasenfehler-Detektionseinheit; und eine Koordinatentransformationseinheit, wobei die Koordinatentransformationseinheit einen Ausgang der Strom-Detektionseinheit von einem stationären Bezugssystem in ein rotierendes Bezugssystem transformiert unter Verwendung der Phase und das Ergebnis ausgibt, und die Geschwindigkeits-Berechnungseinheit ein Stromwertsignal in dem rotierenden Bezugsystem empfängt und eine Geschwindigkeit berechnet.
Die Waschmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Waschmaschine, vor der Bremsperiode, eine Spannungs-Reduzierungsperiode hat, in der die Schaltelemente gesteuert werden, so dass ein Absolutwert einer Eingangsspannung des Elektromotors reduziert wird.
Die Waschmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Waschmaschine die Bremsperiode hat vor dem Ermöglichen des Öffnens der Klappe mit der Klappen-Verriegelungseinheit.
Die Waschmaschine gemäß Anspruch 1, wobei der Controller die Schaltelemente steuert, dass sie einen Strom von der DC-Energiequelle zu den Wicklungen zuführen, nachdem die Geschwindigkeit der Trommel beim Bremsen des Elektromotors beinahe zu null wird, und dann das Öffnen der Klappe mit der Klappen-Verriegelungseinheit ermöglicht.
Die Waschmaschine gemäß Anspruch 6, wobei der Controller die Schaltelemente derart ansteuert, dass ein Ausgang der Strom-Detektionseinheit zu einem vorgegebenen Wert wird, nachdem die Geschwindigkeit der Trommel beim Bremsen zu beinahe null wird, und dann das Öffnen der Klappe mit der Klappen-Verriegelungseinheit ermöglicht.
Die Waschmaschine gemäß Anspruch 6, wobei der Controller einen Zustand beibehält, in dem das Öffnen der Klappe unterbunden ist mit der Klappen-Verriegelungseinheit, wenn ein Ausgang der Strom-Detektionseinheit geringer ist als ein vorgegebener Wert, nachdem die Geschwindigkeit der Trommel beim Bremsen beinahe zu null wird.
Die Waschmaschine gemäß Anspruch 1, wobei der Controller eine Kurzschluss-Bremsperiode hat, in der ein Kurzschluss-Zeitverhältnis zum Kurzschließen der Eingangsanschlüsse der Dreiphasen-Wicklungen bei einem Maximum gehalten wird, nach einer Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsperiode, in der das Kurzschluss-Zeitverhältnis erhöht wird mit der Ein-Aus-Steuerung der Schaltelemente in dem Inverter-Schaltkreis.
Die Waschmaschine gemäß Anspruch 9, wobei der Controller eine Erhöhungsgeschwindigkeit des Kurzschluss-Zeitverhältnisses während der Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsperiode ändert durch einen Ausgang aus einem aus einer Spannungs-Detektionseinheit, die die Spannung der DC-Energiequelle detektiert, der Strom-Detektionseinheit, die einen Strom detektiert, und einer Geschwindigkeits-Detektionseinheit, die eine Geschwindigkeit des Elektromotors detektiert.
Die Waschmaschine gemäß Anspruch 9, wobei der Controller eine Erhöhungsgeschwindigkeit des Kurzschluss-Zeitverhältnisses ändert gemäß einer Zeit von dem Beginn der Kurzschluss-Zeitverhältnis-Erhöhungsperiode.
Die Waschmaschine gemäß Anspruch 1, wobei der Controller weiterhin enthält: eine Frequenz-Detektionseinheit, die einen Ausgang der Strom-Detektionseinheit empfängt und periodisch eine Frequenz detektiert; eine Stopp-Ermittlungseinheit, die ein Anhalten des Elektromotors ermittelt; und eine Kurzschluss-Bremsperiode, in der die Schaltelemente derart angesteuert werden, so dass eine Eingangsspannung des Elektromotors zu beinahe null wird während der Bremsperiode der Trommel, wobei die Stopp-Ermittlungseinheit ermittelt, dass der Elektromotor anhält, nach dem Verstreichen einer ersten vorgegebenen Zeit, nachdem ein Ausgang der Frequenz-Detektionseinheit nicht länger gleich oder mehr als ein vorgegebener Wert ist.
Die Waschmaschine gemäß Anspruch 12, wobei die Frequenz-Detektionseinheit eine Strom-Winkelgeschwindigkeits-Detektionsperiode hat, in der eine Winkelgeschwindigkeit berechnet wird aus einer zeitlichen Änderung einer Phase eines Stromvektors in einem stationären Bezugssystem während der Kurzschluss-Bremsperiode, wobei die Stopp-Ermittlung durchgeführt wird, nachdem die Winkelgeschwindigkeit gleich oder weniger als ein vorgegebener Wert wird.
Die Waschmaschine gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei die Frequenz-Detektionseinheit eine detektierte Frequenz aktualisiert, wenn ein Ausgangspegel der Strom-Detektionseinheit gleich oder mehr als ein vorgegebener Wert ist.
Die Waschmaschine gemäß Anspruch 13, wobei die Frequenz-Detektionseinheit ein Zeitintervall für die Berechnung einer Winkelgeschwindigkeit innerhalb der Strom-Winkelgeschwindigkeit-Detektionsperiode als einen Zyklus festlegt, der kürzer ist als ein Zyklus einer Winkelgeschwindigkeit bei einer maximalen Geschwindigkeit des Elektromotors während der Strom-Winkelgeschwindigkeits-Detektionsperiode.
Die Waschmaschine gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Frequenz-Detektionseinheit eine Phase eines Stromvektors in einem stationären Bezugssystem speichert, wenn ein Ausgangspegel der Strom-Detektionseinheit gleich oder mehr als ein vorgegebener Wert ist, und wenn eine verstrichene Zeit seit der letzten gespeicherten Phase länger ist als ein vorgegebener Wert, aktualisiert die Frequenz-Detektionseinheit eine detektierte Frequenz nicht, und wenn die verstrichene Zeit seit der letzten gespeicherten Phase gleich oder kürzer als der vorgegebene Wert ist, berechnet und aktualisiert die Frequenz-Detektionseinheit eine detektierte Frequenz aus einem Phasenunterschied mit der letzten gespeicherten Phase und der verstrichenen Zeit.
Die Waschmaschine gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, weiter aufweisend einen Energieübertragungspfad zwischen dem Elektromotor und der Trommel, wobei der Controller mit der Klappen-Verriegelungseinheit einen Zustand beibehält, in dem der Benutzer nicht dazu in der Lage ist, die Klappe zu öffnen, wenn ein Fehler des Energieübertragungspfads detektiert wird während einer Stromzufuhrperiode zum Zuführen eines Stroms zu dem Elektromotor, nachdem die Geschwindigkeit der Trommel beim Bremsen zu beinahe null wird.
Die Waschmaschine gemäß Anspruch 17, wobei der Energieübertragungspfad ein Riemen ist und eine Frequenz des während der Stromzufuhrperiode dem Elektromotor zugeführten Stroms eine mechanische Resonanzfrequenz-Komponente des Elektromotors und des Riemens und der Trommel enthält.
Die Waschmaschine gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, 17 und 18, wobei eine Geschwindigkeit der Trommel zu einer Rotation oder weniger pro Minute wird, nachdem die Geschwindigkeit der Trommel bei dem Bremsen zu beinahe null wird.
Die Waschmaschine gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16, weiter aufweisend eine Übertragungsmechanismus-Unterbrechungs-Detektionseinheit, die eine Anomalie eines Energieübertragungspfads zwischen dem Elektromotor und der Trommel detektiert, und eine Trommel-Stopp-Schätzeinheit, wobei die Trommel-Stopp-Schätzeinheit ein Trommel-Stopp-Schätzsignal ausgibt, das gegenüber der Stopp-Ermittlung verzögert ist, wenn ein Unterbrechungssignal von der Übertragungsmechanismus-Unterbrechungs-Detektionseinheit empfangen wird.
Die Waschmaschine gemäß Anspruch 20, wobei die Übertragungsmechanismus-Unterbrechungs-Detektionseinheit ein Unterbrechungs-signal ausgibt, wenn eine Zeit von dem Beginn der Kurzschluss-Bremsperiode bis wenn der Elektromotor anhält kürzer ist als eine zweite vorgegebene Zeit.
Die Waschmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei der Elektromotor vom sensorlosen Typ ohne einen Positionsdetektor ist.