MX2007016211A

MX2007016211A - Sistemas y metodos para detectar condiciones fuera de balance en motores controlados en forma electronica.

Info

Publication number: MX2007016211A
Application number: MX2007016211A
Authority: MX
Inventors: John S Holmes; Mariano Pablo Filippa; Michael Lee Mcintyre
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2009-02-23
Also published as: CN101226097A; EP1939345A1; US20080156094A1; JP2008220156A; AU2007242966A1; KR20080061294A; CA2614423A1

Abstract

Un método (30) para determinar una condición fuera de balance de un motor (12) controlado en forma electrónica. El método incluye: determinar una pluralidad de parámetros (34, 36, 42, 44) con base en mediciones tomadas del motor controlado en forma electrónica y calcular una calificación compuesta al combinar la pluralidad de parámetros en una función (40) de transferencia matemática. La función de transferencia matemática incluye un factor de ponderación no cero para cada uno de la pluralidad de parámetros.

Description

SISTEMAS Y MÉTODOS PARA DETECTAR CONDICIONES FUERA DE BALANCE EN MOTORES CONTROLADOS EN FORMA ELECTRÓNICA Campo de la Invención La presente invención se relaciona con motores controlados en forma electrónica, y más en particular, con métodos y sistemas para detectar condiciones fuera de balance en motores controlados en forma electrónica.

Antecedentes de la Invención Varios electrodomésticos, tales como lavadoras, secadoras y sus similares utilizan un tambor giratorio accionado por una flecha conectada con un motor controlado en forma electrónica. El tambor típicamente aloja una carga de material, que puede estar distribuida no uniforme dentro del tambor. Cuando la carga no está distribuida uniforme o fuera de balance, el centro de masa del tambor giratorio no corresponde con el eje geométrico del tambor. La carga fuera de balance da como resultado una condición fuera de balance en el motor controlado en forma electrónica. La carga y la condición fuera de balance pueden llevar a ruido y vibración en exceso, así como a altas cargas que pueden llevar a la falla prematura de la lavadora y/o del motor. Las máquinas controladas por motores controlados en forma electrónica funcionan en forma deficiente cuando la carga está desbalanceada. Por lo tanto, es útil que el motor tenga la capacidad de detectar una condición desbalanceada y solucionarla o reportar la condición a un dispositivo de control maestro. Los métodos y sistemas de la técnica previa típicamente utilizan una medida, tal como una ondulación de corriente, ondulación de torque, corriente promedio sobre tiempo, niveles de energía almacenados para perfiles o la diferencia entre la velocidad objetivo y la velocidad real, para tomar una determinación del desbalance. Infortunadamente, los métodos de la técnica previa con frecuencia emplean hardware adicional para detectar una condición fuera de balance. Debido a que los motores controlados en forma electrónicas típicamente son dispositivos de bajo costo, añadir hardware a estos dispositivos no es una opción atractiva, ya que esto incrementaría el costo del motor en un 50% o más. De conformidad con esto, existe la necesidad de métodos y sistemas para determinar una condición fuera de balance en motores controlados en forma electrónica que superen o eliminen las desventajas de los métodos y sistemas de la técnica previa.

Breve Descripción de ia Invención Se proporcionan sistemas y métodos para detectar una condición fuera de balance en un dispositivo que tiene un motor controlado en forma electrónica, par que se puedan sintonizar con base en la aplicación y que no requieran un hardware especializado.

Se proporciona un sistema para determinar una condición fuera de balance en un motor controlado en forma electrónica. El sistema incluye: un controlador, un motor que realiza una interfase con el controlador y una secuencia de calificación residente en el controlador. La secuencia de calificación recibe una pluralidad de parámetros desde el motor y calcula una calificación compuesta al combinar la pluralidad de parámetros en una función de transferencia matemática. La función de transferencia matemática incluye un factor de ponderación no cero para cada uno de la pluralidad de parámetros, y la calificación compuesta proporciona una medición de una condición fuera de balance en el motor. También se proporciona un método para determinar una condición fuera de balance de un motor controlado en forma electrónica. El método incluye: determinar una pluralidad de parámetros con base en las mediciones tomadas desde el motor controlado en forma electrónica, y calcular la calificación compuesta al combinar la pluralidad de parámetros en una función de transferencia matemática. La función de transferencia matemática incluye un factor de ponderación no cero para cada uno de la pluralidad de parámetros. Las anteriores y otras características y ventajas de la presente invención se podrán apreciar y comprender por las personas experimentadas en la técnica a partir de la siguiente descripción detallada, los dibujos y las reivindicaciones anexas.

Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 ilustra una lavadora que tiene una modalidad ejemplificativa de un sistema para detectar una condición fuera de balance de conformidad con la presente invención; y La Figura 2 ilustra una modalidad ejemplificativa de un método para determinar una condición fuera de balance de conformidad con la presente invención.

Descripción Detallada de ia Invención Con referencia ahora a los dibujos y en particular a la Figura 1, se muestra un sistema 10 para detectar una condición fuera de balance de un motor 12 controlado en forma electrónica. Con propósitos de claridad, el sistema 10 se muestra en uso con un eje horizontal y una máquina 14 lavadora de carga delantera. Con ventaja, el sistema 10 puede determinar una condición fuera de balance al calcular una calificación compuesta con base en una pluralidad de parámetros que están disponibles dentro del motor. Como tal, el sistema 10 se puede implementar fácilmente sin requerir hardware o sensores especializados. En la modalidad ilustrada, en donde el sistema 10 se implementa en una máquina 14 lavadora, el motor 12 se conecta con un tambor 16 giratorio con una flecha 18 giratoria. El motor 12 realiza una interfase con un controlador 20, que está configurado para determinar la condición fuera de balance.

Aunque la máquina 14 lavadora con eje horizontal ha sido seleccionada con propósito de explicar la modalidad ejemplificativa del sistema 10, se debe entender que el sistema de conformidad con la presente invención, puede utilizarse también en una máquina lavadora de eje vertical, una máquina lavadora con eje inclinado, una secadora de ropa y cualquier otro aparato que tenga un motor controlado en forma electrónica conectado con una carga, que pueda desbalancearse. De preferencia, el motor 12 es un motor de inducción de corriente alternante de tres fases, pero puede ser un motor controlado en forma electrónica conocido en la técnica. El motor 12 convierte la energía eléctrica desde una fuente 22 de energía en energía cinética para la flecha 18 giratoria, que a su vez gira el tambor 16 de la máquina 14 lavadora. El sistema 10 incluye un dispositivo 24 medidor de velocidad, que mide la velocidad de rotación de la flecha 18. En una modalidad preferida, el dispositivo 24 medidor de velocidad comprende o más sensores Hall. El controlador 20 realiza una interfase con el motor 12 y con el dispositivo 24 medidor de velocidad para recibir una o más señales 26. El controlador 26 implementa la secuencia 28 que reside en el controlador 20 y que utiliza señales 26 para calcular una calificación fuera de balance del motor 12. Una vez que se ha calculado la calificación fuera de balance, el controlador 20 toma la acción apropiada con base en el valor de la calificación y de los requerimientos predeterminados de la máquina 14 lavadora. La Figura 2 describe con mayor detalle la operación de la secuencia 28 con referencia a la modalidad ejemplificativa de un método para detectar la condición fuera de balance de conformidad con la presente invención. El método 30 incluye un paso 32 de arranque del motor. Una vez que el motor ha arrancado, el controlador 20 inicia la secuencia 28. La secuencia 28 incluye un primer paso 34 de verificación de velocidad. En el primer paso 34 de verificación de velocidad, el método 30 determina si la velocidad de la flecha 18 giratoria, según se mide por el dispositivo 24 medidor de velocidad, y así la velocidad del tambor 16 giratorio ha alcanzado la velocidad predeterminada de base. La velocidad base es un valor predeterminado almacenado en el controlador 20. Cuando el controlador 20 determina que la velocidad de la flecha 18 giratoria es menor que la velocidad base, no se toman medidas. Sin embargo, cuando el controlador 20 determina que la velocidad de la flecha 18 giratoria es mayor que o igual que la velocidad base, el método 30 mide y/o calcula uno o más parámetros con base en las señales 26, en un primer paso 36 de medición. En la modalidad en donde el sistema 10 está en uso en una máquina 14 lavadora, la velocidad base de preferencia, por debajo de la velocidad crítica conocida como la velocidad de desviación, esto es, la velocidad a la cual la carga de ropa en la lavadora 14 será desviada a las paredes del tambor como resultado de la fuerza centrífuga. Cuando la flecha 18 gira a menor velocidad que la velocidad de desviación, las ropas caen dentro del tambor 16 conforme el tambor gira. Por medio de la presente invención se ha determinado que la medición de los parámetros cuando la velocidad de la flecha 18 es menor que la velocidad de desviación permite que el controlador 20 determine el tamaño aproximado de la carga en el tambor 16. Después de que el controlador 20 determina los parámetros, el método 30 lleva a cabo un paso 38 de cálculo de calificación base, al combinar los parámetros en la función de transferencia matemática para producir la calificación base. De preferencia, los parámetros incluyen voltaje de volumen de masa (Vmasa), la corriente de masa (Lasa), la corriente de fase del motor ( I motor) . la velocidad del motor, la aceleración del motor y el deslizamiento del motor. Cada uno de los parámetros se puede medir directamente desde el motor 12 o calcularse a partir de las señales 26. Por ejemplo, el voltaje, la corriente y la velocidad se miden directamente de modo que las señales 26 son los parámetros. Sin embargo, el controlador 20 puede calcular la aceleración al determinar el cambio en la velocidad por unidad de tiempo. El controlador 20 puede calcular el deslizamiento al determinar la diferencia entre la velocidad a la cual gira el campo magnético del motor 12 (velocidad sincronizada) y una velocidad de rotación de la flecha 18. El método 30 determina la calificación base al combinar los parámetros en una función de transferencia matemática. En una modalidad preferida, la función de transferencia matemática se determina por la siguiente ecuación (ecuación 40): Calificación = K1 (Vmasa) + K2 (lmasa) + K3 (lmotor) + K4 (velocidad) + K5 (aceleración) + K6 (deslizamiento) Cuando los coeficientes K1 al K6 son factores de ponderación no cero. Los valores de los coeficientes variarán dependiendo de la aplicación en donde se utilice el motor 12. Con ventaja, esto permite que los factores de ponderación sean definidos en forma empírica por el fabricante, lo que permite que el fabricante sintonice la sensibilidad del cálculo fuera de balance con base en la aplicación específica. Con ventaja, esto elimina la necesidad de contemplar un nuevo algoritmo para cada aplicación. Además, el método 30 puede implementarse sin la necesidad de diseñar un nuevo sensor para cada aplicación. Una vez que el controlador 20 ha calculado una calificación base al combinar los parámetros en una función de transferencia matemática, el método 30 realiza un segundo paso 42 de verificación de velocidad. En el segundo paso 42 de verificación de velocidad, el método 30 determina si la velocidad de la flecha 18 giratoria está sobre la velocidad de desviación. Cuando la velocidad de la flecha 18 giratoria es menor que la velocidad de desviación, no se toman medidas. Sin embargo, cuando la velocidad de la flecha 18 giratoria es mayor que la velocidad de desviación, el método 30 realiza un segundo paso 44 de medición, en donde los parámetros se vuelven a medir y/o calcularse. El método 30 entonces realiza un paso 46 de cálculo de calificación dinámica, con el uso de la función de transferencia matemática utilizada en el paso 28 de cálculo de calificación base. La calificación dinámica ofrece una indicación de si la carga en el motor 12 está fuera de balance. Después de que la calificación de base y la calificación dinámica han sido calculadas, el método 30 lleva a cabo un paso 48 de normalización. El paso 48 de normalización utiliza la calificación de base para normalizar la calificación dinámica de conformidad con el tamaño de la carga. En una modalidad preferida, el paso 48 de normalización comprende determinar una porción normalizada al dividir la calificación dinámica por la calificación de base. Una vez que se ha calculado la calificación normalizada, el controlador 20 informa la calificación normalizada a un dispositivo 60 de control maestro de la máquina 14 lavadora en el paso 50 de reporte. Una respuesta apropiada se puede ejecutar entonces por el dispositivo 60 de control maestro. En forma opcional, el método 30 puede llevar a cabo un segundo paso 44 de medición y el paso 46 de cálculo de calificación dinámica, varias veces. Las calificaciones 44 dinámicas se promediarán antes de que el método 30 avance al paso 48 de normalización. Cuando la función de transferencia matemática utilizada para calcular la calificación dinámica es sensible al ruido, un método de calificación se puede implementar en lugar de promediar las calificaciones dinámicas. Por ejemplo, el método 30 puede tomar las mejores las calificaciones n fuera de los valores m medidos. Con ventaja, el método 30 permite la detección de una condición fuera de balance con el uso de mediciones que están disponibles en el motor 12. La función de transferencia matemática utilizada para detectar el estado fuera de balance se puede sintonizar dependiendo de la máquina en donde se utilice el motor 12. Debido a que los factores K1 al K6 de ponderación se programan dentro del controlador 12, el método 30 no requiere sensores o hardware adicionales. Además, no existe la necesidad de contemplar un nuevo algoritmo para cada aplicación, el método de detección de una condición fuera de balance se puede emplear en cualquier aplicación, simplemente al sintonizar los factores K1 al K6 de ponderación de la función de transferencia matemática. Esto permite al método 30 emplearse en una variedad de aplicaciones en una manera económica. Se debe observar que los términos "primero", "segundo" y sus similares se pueden utilizar aquí para modificar varios elementos. Estos modificadores no implican un orden espacial, secuencial o jerárquico para los elementos modificados, a menos que se especifique lo contrario. Aunque la invención ha sido descrita con referencia a una o más modalidades ejemplificativas, las personas experimentadas en la técnica podrán comprender que se pueden realizar varios cambios y se pueden sustituir equivalentes sin apartarse del alcance de la presente invención. Además, se pueden hacer muchas modificaciones para adaptar una situación o material particular a las enseñanzas de la invención sin apartarse de su alcance. Por lo tanto, se tiene la intención de que la presente invención no esté limitada a alguna modalidad particular, considerada como el mejor modo contemplado, sino que la invención debe incluir todas las modalidades que caigan dentro del alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método (30) para determinar una condición fuera de balance de un motor (12) controlado en forma electrónica, el método está caracterizado porque comprende: determinar una pluralidad de parámetros (34, 36, 42, 44) con base en mediciones tomadas del motor controlado en forma electrónica; y calcular una calificación compuesta al combinar la pluralidad de parámetros dentro de una función de transferencia matemática (40), la función de transferencia matemática incluye un factor de ponderación no cero para cada uno de la pluralidad de parámetros.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la pluralidad de parámetros comprende por lo menos un parámetro seleccionado del grupo que consiste de: voltaje de masa, corriente de masa, corriente del motor, velocidad, aceleración y deslizamiento.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el paso de calcular la calificación compuesta comprende calcular una calificación (38) base, calcular una calificación (46) dinámica y calcular una calificación (48) normalizada, con base en una calificación dinámica y en la calificación de base.

4. El método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque la calificación normalizada se calcula al dividir la calificación dinámica por la calificación base.

5. El método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque la calificación de base se calcula cuando la velocidad de rotación de la flecha del motor controlado en forma electrónica ha alcanzado una velocidad base predeterminada.

6. El método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque la calificación dinámica se calcula cuando la velocidad de rotación de la flecha del motor controlado en forma electrónica ha alcanzado una velocidad crítica predeterminada.

7. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la velocidad crítica predeterminada es igual a la velocidad de desviación.

8. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el paso de calcular la calificación compuesta comprende calcular la calificación (38) base, calcular una pluralidad de calificaciones (46) dinámicas, promediar la pluralidad de calificaciones dinámica, y calcular la calificación (48) normalizada con base en un promedio de la pluralidad de calificaciones dinámicas y la calificación de base.

9. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende sintonizar factores de ponderación no cero con base en los requerimientos predeterminados.

10. Un método (30) para determinar una condición fuera de balance de un motor (12) controlado en forma electrónica, el método está caracterizado porque comprende: determinar una pluralidad de parámetros (34, 36, 42, 44) con base en las mediciones tomadas del motor controlado en forma electrónica; y calcular una porción compuesta al combinar la pluralidad de parámetros en una función (40) de transferencia matemática, la función de transferencia matemática incluye un factor de ponderación no cero para cada uno de la pluralidad de parámetros; en donde los parámetros comprenden: voltaje de masa, corriente de masa, corriente del motor, velocidad, aceleración y deslizamiento.