專(zhuān)利名稱(chēng)：洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用逆變器電路驅(qū)動(dòng)洗衣機(jī)馬達(dá)的裝置。
背景技術(shù)：
已經(jīng)提出了使用逆變器電路通過(guò)矢量控制來(lái)提高洗衣機(jī)馬達(dá)的性能(這種例子包括Jp11090088)。
圖28示出了上述范疇的洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)的框圖。在圖28中，三相感應(yīng)馬達(dá)100驅(qū)動(dòng)攪動(dòng)器102或旋轉(zhuǎn)桶104；電流檢測(cè)器126a，126b，126c檢測(cè)馬達(dá)電流并通過(guò)逆變器電路124驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的矢量獨(dú)立地控制轉(zhuǎn)矩電流分量和磁化電流分量。在這種方式下，馬達(dá)100在低速運(yùn)轉(zhuǎn)下使轉(zhuǎn)矩增加，并以與DC無(wú)刷馬達(dá)近似相同的轉(zhuǎn)矩特性被驅(qū)動(dòng)。
為了提高制動(dòng)的可靠性并降低由機(jī)械帶閘引起的制動(dòng)噪音(例如日本公開(kāi)專(zhuān)利號(hào)2001-46777)，也提出了對(duì)具有逆變器的洗衣機(jī)馬達(dá)應(yīng)用電子制動(dòng)。也就是，其目的是通過(guò)利用PWM控制在旋轉(zhuǎn)減速中控制正弦波電壓相位，從而在逆變器電路的DC電源沒(méi)有引起再生能量的情況下，電源生成能量由馬達(dá)的內(nèi)阻消耗，即動(dòng)態(tài)制動(dòng)。
但是在所述常規(guī)結(jié)構(gòu)中，使用逆變器電路提高馬達(dá)性能的矢量技術(shù)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)下提高了三相感應(yīng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩，但是很難提高馬達(dá)的效率。再者，三相感應(yīng)馬達(dá)的低效率允許流過(guò)大電流，這將導(dǎo)致馬達(dá)噪音的增加。這些都是需要解決的遺留問(wèn)題。
關(guān)于使用逆變器控制馬達(dá)的電子制動(dòng)，需要復(fù)雜的控制使得馬達(dá)的內(nèi)阻消耗掉整個(gè)電源產(chǎn)生的能量。再者，不能提供足夠的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩來(lái)增加馬達(dá)的制動(dòng)電流。
本發(fā)明的概述本發(fā)明提出了上述缺點(diǎn)，且目的在于提供一種緊湊的和節(jié)能的馬達(dá)；利用恒定轉(zhuǎn)矩通過(guò)改變馬達(dá)轉(zhuǎn)矩一轉(zhuǎn)速特性來(lái)進(jìn)行控制，并在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下能增加轉(zhuǎn)矩，或在低速運(yùn)轉(zhuǎn)下提高效率。
根據(jù)本發(fā)明的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置包括一交變電流源，一與交變電流源連接的整流電路，一將整流電路的DC電源轉(zhuǎn)換為AC電源的逆變器電路，一通過(guò)驅(qū)動(dòng)攪動(dòng)器或洗衣/旋轉(zhuǎn)桶的逆變器電路來(lái)驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)，一檢測(cè)馬達(dá)轉(zhuǎn)子位置的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器，一檢測(cè)馬達(dá)電流的電流檢測(cè)器，和一控制逆變器電路的控制裝置?？刂蒲b置可將馬達(dá)電流分解為與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量，且根據(jù)馬達(dá)的控制階段獨(dú)立控制與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量。在所述結(jié)構(gòu)中，檢測(cè)DC無(wú)刷馬達(dá)的馬達(dá)電流以將其分解為與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量，用于實(shí)現(xiàn)矢量控制。在低速旋轉(zhuǎn)時(shí)，主要控制與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量，用于產(chǎn)生最大的效率；而在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，與磁通量相應(yīng)的電流分量在負(fù)方向上增加，用于通過(guò)實(shí)施最大轉(zhuǎn)矩控制的磁通量減弱控制而增加電流，因而改變了馬達(dá)轉(zhuǎn)矩一轉(zhuǎn)速特性并實(shí)現(xiàn)恒定轉(zhuǎn)矩控制。這使得在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可增加轉(zhuǎn)矩，或在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)提高效率。因此，馬達(dá)可以小型化并節(jié)能。
根據(jù)本發(fā)明的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置包括一控制裝置，其根據(jù)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速分別控制與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量。在所述結(jié)構(gòu)中改變了馬達(dá)一轉(zhuǎn)速特性。
根據(jù)本發(fā)明的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置包括一控制裝置，當(dāng)馬達(dá)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，其控制與磁通量相應(yīng)的電流分量在負(fù)方向上增加。這使得在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下增加轉(zhuǎn)矩并進(jìn)行精確磁通量減弱控制變得可能。
根據(jù)本發(fā)明的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置包括一控制裝置，當(dāng)馬達(dá)低速旋轉(zhuǎn)時(shí)，其控制與磁通量相應(yīng)的電流分量基本上為零。這使得在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)以最高效率旋轉(zhuǎn)馬達(dá)變得可能。
根據(jù)本發(fā)明的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置包括一控制裝置，當(dāng)在脫水操作中驅(qū)動(dòng)洗衣/旋轉(zhuǎn)桶的馬達(dá)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，與磁通量相應(yīng)的電流分量在負(fù)方向上增加。這使得通過(guò)磁通量減弱控制在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下增加轉(zhuǎn)矩并控制脫水操作達(dá)到高轉(zhuǎn)速變得可能。因此，脫水率可通過(guò)增加轉(zhuǎn)速而增加。
根據(jù)本發(fā)明的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置包括一控制裝置，當(dāng)在洗衣操作中驅(qū)動(dòng)攪動(dòng)器的馬達(dá)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，與磁通量相應(yīng)的電流分量在負(fù)方向上增加。這使得通過(guò)磁通量減弱控制在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下增加轉(zhuǎn)矩并控制攪動(dòng)操作達(dá)到高轉(zhuǎn)速變得可能。因此，洗衣性能通過(guò)加強(qiáng)水流而增加。
根據(jù)本發(fā)明的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置包括一衣服量檢測(cè)器，用于檢測(cè)在洗衣/旋轉(zhuǎn)桶中的衣服量；一控制裝置，根據(jù)由衣服量檢測(cè)器檢測(cè)到在洗衣/旋轉(zhuǎn)桶中的衣服量而獨(dú)立控制與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量。這使得能通過(guò)磁通量減弱控制在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下根據(jù)衣服量而增加轉(zhuǎn)矩，且即使在洗衣桶有更多衣服的情況下能控制操作達(dá)到高轉(zhuǎn)速。因此，提高了洗衣性能并也提高了脫水率。
根據(jù)本發(fā)明的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置包括一啟動(dòng)控制裝置，其中控制裝置在啟動(dòng)階段控制馬達(dá)旋轉(zhuǎn)。它在啟動(dòng)階段對(duì)施加到馬達(dá)上的電壓進(jìn)行直接控制，然后獨(dú)立控制與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量。這樣能容易引入軟啟動(dòng)，在此啟動(dòng)電流被抑制且啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩被降低，然后平穩(wěn)進(jìn)行到電流反饋控制以便阻止轉(zhuǎn)速異常地增加。
根據(jù)本發(fā)明的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置包括一啟動(dòng)控制裝置，用于在控制裝置的啟動(dòng)階段控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。它在啟動(dòng)階段對(duì)施加到馬達(dá)上的電壓進(jìn)行直接控制，然后根據(jù)轉(zhuǎn)速獨(dú)立控制與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量。除了使電流反饋控制平滑轉(zhuǎn)換并抑制轉(zhuǎn)速的異常增加外，這還使得使用AC變壓器成為可能，它在電流檢測(cè)器中比較便宜。因此在實(shí)現(xiàn)便宜且具有高性能的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置中具有優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置包括一交變電流源，一與交變電流源連接的整流電路，一將整流電路的DC電源轉(zhuǎn)換為AC電源的逆變器電路，一由驅(qū)動(dòng)攪動(dòng)器或者洗衣/旋轉(zhuǎn)桶的逆變器電路驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)，一檢測(cè)馬達(dá)轉(zhuǎn)子位置的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器，一檢測(cè)馬達(dá)電流的電流檢測(cè)器和一控制逆變器電路的控制裝置?？刂蒲b置可將馬達(dá)電流分解為與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量，且獨(dú)立控制與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量，用以減速馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)。在上述結(jié)構(gòu)中馬達(dá)電流分解為與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量，用以通過(guò)矢量控制完成制動(dòng)操作，通過(guò)矢量控制與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量可產(chǎn)生最大的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，而利用對(duì)再生能量的控制來(lái)阻止在逆變器電路中DC電壓的異常升高，這通過(guò)控制與磁通量相應(yīng)的電流分量而實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置包括一控制裝置，控制與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量在制動(dòng)操作中呈現(xiàn)為一個(gè)特定的值。這使得控制制動(dòng)轉(zhuǎn)矩為某一特定值且優(yōu)化制動(dòng)時(shí)間變得可能。
根據(jù)本發(fā)明的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置包括一控制裝置，控制與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量在制動(dòng)時(shí)呈現(xiàn)為某一特定的負(fù)值。通過(guò)給定負(fù)值轉(zhuǎn)矩電流分量，可控制制動(dòng)轉(zhuǎn)矩為一特定值，且可以縮短制動(dòng)時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置包括一控制裝置，在制動(dòng)中，分別控制與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量并為某一特定值。在這種結(jié)構(gòu)中，可分別控制馬達(dá)的反電動(dòng)勢(shì)和由馬達(dá)內(nèi)阻消耗的能量。因此，可控制再生能量，且可以阻止在逆變器電路中DC電壓的異常升高。
根據(jù)本發(fā)明的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置包括一控制裝置，在馬達(dá)制動(dòng)開(kāi)始時(shí)，規(guī)定與磁通量相應(yīng)的電流分量大于與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量。這樣能避免在制動(dòng)開(kāi)始時(shí)施加過(guò)高轉(zhuǎn)矩和避免由再生能量引起的在逆變器電路中DC電壓的異常升高。
根據(jù)本發(fā)明的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置包括一轉(zhuǎn)速檢測(cè)器，根據(jù)從轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器產(chǎn)生的輸出信號(hào)檢測(cè)轉(zhuǎn)速；一控制裝置，根據(jù)轉(zhuǎn)速控制與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量在制動(dòng)中呈現(xiàn)為各自的給定值。因?yàn)榭筛鶕?jù)運(yùn)轉(zhuǎn)速度分別控制制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和馬達(dá)內(nèi)阻消耗的能量，所以可以阻止在高速旋轉(zhuǎn)區(qū)再生能量的增加和在低速旋轉(zhuǎn)區(qū)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的降低。
根據(jù)本發(fā)明的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置包括一交變電流源，一與交變電流源連接的整流電路，一將整流電路的DC電源轉(zhuǎn)換為AC電源的逆變器電路，一由驅(qū)動(dòng)攪動(dòng)器或者洗衣/旋轉(zhuǎn)桶的逆變器電路驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)，一檢測(cè)馬達(dá)轉(zhuǎn)子位置的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器，一檢測(cè)馬達(dá)電流的電流檢測(cè)器，一檢測(cè)逆變器電路的DC電壓的DC電壓檢測(cè)器和一控制逆變器電路的控制裝置。控制裝置可將馬達(dá)電流分解為與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量，且獨(dú)立控制與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量，從而使DC電壓在制動(dòng)馬達(dá)時(shí)是一給定值。在上述結(jié)構(gòu)中，可通過(guò)控制再生能量控制逆變器電路的DC電壓滿(mǎn)足一特定值，驅(qū)動(dòng)路逆變器電路的能量由馬達(dá)的反電動(dòng)勢(shì)中供給。因此，可以避免在斷電時(shí)的制動(dòng)失敗。
根據(jù)本發(fā)明的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置包括一控制裝置，在制動(dòng)中，控制裝置控制與磁通量相應(yīng)的電流分量或電壓分量，從而逆變器電路的DC電壓是一給定值。在所述結(jié)構(gòu)中，因?yàn)榭煽刂圃偕芰恳源_保一給定的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，制動(dòng)時(shí)間即使在斷電下也可以保持很短。
根據(jù)本發(fā)明的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置包括一交變電流源，一與交變電流源連接的整流電路，一將整流電路的DC電源轉(zhuǎn)換為AC電源的逆變器電路，一由驅(qū)動(dòng)攪動(dòng)器或者洗衣/旋轉(zhuǎn)桶的逆變器電路驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)，一檢測(cè)馬達(dá)轉(zhuǎn)子位置的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器，一檢測(cè)馬達(dá)電流的電流檢測(cè)器，一檢測(cè)馬達(dá)電功率的馬達(dá)電功率檢測(cè)器，和一控制逆變器電路的控制裝置。該控制裝置可將馬達(dá)電流分解為與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量，且根據(jù)馬達(dá)的電功率在馬達(dá)制動(dòng)操作中獨(dú)立控制與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量。在上述結(jié)構(gòu)中，根據(jù)馬達(dá)電功率可以判斷馬達(dá)的反電動(dòng)勢(shì)和馬達(dá)線(xiàn)圈的能量消耗的平衡。因此，根據(jù)馬達(dá)電功率的小/大，通過(guò)控制與磁通量相應(yīng)的電流分量或與磁通量相應(yīng)的電壓分量，反電動(dòng)勢(shì)可以被控制，從而在逆變器電路中反電動(dòng)勢(shì)不會(huì)引起再生成。因此可以避免在逆變器電路中的DC電壓的異常升高。
根據(jù)本發(fā)明的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置包括一檢測(cè)馬達(dá)電功率的馬達(dá)電功率檢測(cè)器，其根據(jù)與磁通量相應(yīng)的電功率分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電功率分量來(lái)執(zhí)行計(jì)算。在這種結(jié)構(gòu)下，因?yàn)樗矔r(shí)檢測(cè)馬達(dá)的電功率，可瞬時(shí)判斷在馬達(dá)的反電動(dòng)勢(shì)和馬達(dá)線(xiàn)圈的能量消耗之間平衡的異常。因此可提前避免在逆變器電路中的DC電源的再生功率的影響。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一示范性實(shí)施例的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)的框圖。
圖2示出了在第一實(shí)施例中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置操作的時(shí)間圖。
圖3示出了在第一實(shí)施例中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置操作中的振幅一電角θ的關(guān)系圖。
圖4示出了用來(lái)描述在第一實(shí)施例中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的洗衣操作的流程圖。
圖5示出了用來(lái)描述在第一實(shí)施例中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的脫水操作的流程圖。
圖6示出了用來(lái)描述在第一實(shí)施例中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)子程序操作的流程圖。
圖7示出了用來(lái)描述在第一實(shí)施例中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的載波信號(hào)中斷子程序操作的流程圖。
圖8示出了用來(lái)描述在第一實(shí)施例中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的位置信號(hào)中斷子程序操作的流程圖。
圖9示出了用來(lái)描述在第一實(shí)施例中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)速控制子程序操作的流程圖。
圖10示出了在第一實(shí)施例中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置中的馬達(dá)轉(zhuǎn)速和d軸電流Ids之間的關(guān)系圖。
圖11示出了在第一實(shí)施例中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置中的衣服量的馬達(dá)轉(zhuǎn)速和d軸電流Ids之間的關(guān)系圖。
圖12示出了馬達(dá)電流分解為d軸電流和q軸電流的矢量圖。
圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的第二示范性實(shí)施例的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
圖14示出了用于描述在第一實(shí)施例中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置中啟動(dòng)控制子程序操作的流程圖。
圖15示出了在本發(fā)明的第三示范性實(shí)施例的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
圖16示出了在第三實(shí)施例中用于描述洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的制動(dòng)操作的時(shí)間圖。
圖17示出了在第三實(shí)施例中洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的正常操作的馬達(dá)電流矢量圖。
圖18示出了在第三實(shí)施例中洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的制動(dòng)操作的馬達(dá)電流矢量圖。
圖19示出了在第三實(shí)施例中用來(lái)描述洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的脫水操作的流程圖。
圖20示出了在第三實(shí)施例中用來(lái)描述洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)子程序操作的流程圖。
圖21示出了在第三實(shí)施例中用來(lái)描述洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)速控制子程序操作的流程圖。
圖22示出了在第三實(shí)施例中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置中的馬達(dá)轉(zhuǎn)速，d軸電流和q軸電流之間的關(guān)系圖。
圖23示出了在第三實(shí)施例中用于描述洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置操作的馬達(dá)電流和馬達(dá)電壓的矢量圖。
圖24示出了根據(jù)第三實(shí)施例的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的其它結(jié)構(gòu)框圖。
圖25示出了在第三實(shí)施例中用來(lái)描述洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的其它轉(zhuǎn)速控制子程序操作的流程圖。
圖26示出了在第三示范性實(shí)施例中洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的其它結(jié)構(gòu)框圖。
圖27示出了在第三實(shí)施例中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的其它載波信號(hào)中斷子程序的操作流程圖。
圖28示出了常規(guī)洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述現(xiàn)在，將參照?qǐng)D詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的示范性實(shí)施例。
(實(shí)施例1)圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一示范性實(shí)施例的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)的框圖。在圖1中，一交流電源1輸出交變電流到整流電路2，在那里通過(guò)整流器20和電容器21轉(zhuǎn)換為直流電源。把直流電壓供給逆變器電路3。
逆變器電路3由三相全橋逆變器電路組成，該電路由六個(gè)電源開(kāi)關(guān)半導(dǎo)體器件和逆平行的二極管形成；通常它由智能電源模塊(IPM)組成，該模塊具有一絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和一具有內(nèi)裝式驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路的逆平行的二極管。逆變器電路3的輸出端與馬達(dá)4連接，該馬達(dá)4驅(qū)動(dòng)一攪動(dòng)器(未示出)或洗滌/旋轉(zhuǎn)桶(未示出)。
馬達(dá)4使用無(wú)刷直流馬達(dá)；在為永久磁鐵的轉(zhuǎn)子和定子之間的相對(duì)位置(轉(zhuǎn)子位置)，通過(guò)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器4a來(lái)檢測(cè)。轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器4a通常由三個(gè)霍爾IC形成，并且在每個(gè)60°的電角處檢測(cè)位置信號(hào)。提供一電流檢測(cè)器5用于檢測(cè)馬達(dá)4的相電流Iu，Iv，Iw；通常使用一能夠測(cè)量包括DC電流的低頻的直流變壓器。但是，也用一交流變壓器來(lái)檢測(cè)它們，這將在后面描述。在三相馬達(dá)的情況下，通常的做法是首先獲得一兩相電流，然后剩余一相電流從基爾霍夫定律中計(jì)算出來(lái)(Iu+Iv+Iw＝O)。
設(shè)置控制裝置6用來(lái)控制逆變器電路3；大體的思路是，它由一微型計(jì)算機(jī)，一內(nèi)裝微型計(jì)算機(jī)的逆變器控制定時(shí)器(PWM定時(shí)器)，一高速A/D轉(zhuǎn)換器，一存儲(chǔ)電路(ROM，RAM)等形成。下面將更詳細(xì)地描述控制裝置6，它由如下部分形成一電角檢測(cè)器60，根據(jù)從轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器4a來(lái)的輸出信號(hào)檢測(cè)電角；一三相/兩相d-q轉(zhuǎn)換器61，根據(jù)來(lái)自電流檢測(cè)器5的輸出信號(hào)和來(lái)自電角檢測(cè)器60的信號(hào)分解為相應(yīng)于磁通量的分量Id和相應(yīng)于轉(zhuǎn)矩的分量Iq；一轉(zhuǎn)速檢測(cè)器62，用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速；一存儲(chǔ)單元63，當(dāng)轉(zhuǎn)換固定坐標(biāo)系統(tǒng)為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系統(tǒng)或反之轉(zhuǎn)換時(shí)，用于存儲(chǔ)正弦波數(shù)據(jù)(正弦sin，余弦cos數(shù)據(jù))；一兩相/三相d-q逆轉(zhuǎn)換器64，用于轉(zhuǎn)換相應(yīng)于磁通量的電壓分量Vd和相應(yīng)于轉(zhuǎn)矩的電壓分量Vq為三相馬達(dá)驅(qū)動(dòng)控制電壓vu，vv，vw；和一PWM控制裝置65，用于根據(jù)三相馬達(dá)驅(qū)動(dòng)控制電壓vu，vv，vw，控制在逆變器電路3中的IGBT的開(kāi)關(guān)。
控制裝置6也包括過(guò)程控制裝置66，用于根據(jù)洗衣階段和脫水階段控制旋轉(zhuǎn)的啟動(dòng)與停止和馬達(dá)4的制動(dòng)等；轉(zhuǎn)速控制裝置67，用于根據(jù)轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置62的輸出信號(hào)控制馬達(dá)4的旋轉(zhuǎn)次數(shù)；一馬達(dá)電流控制裝置68，在比較來(lái)自過(guò)程控制裝置66和轉(zhuǎn)速控制裝置67的d軸(直軸)電流確定信號(hào)(current specifying signal)Ids、q軸(正交軸在垂直調(diào)幅中的水平軸)電流確定信號(hào)Iqs和從三相/兩相d-q轉(zhuǎn)換器61中計(jì)算出來(lái)的Id，Iq之后，計(jì)算用于控制馬達(dá)電流所需要的相應(yīng)于磁通量的電壓分量Vd和相應(yīng)于轉(zhuǎn)矩的電壓分量Vq，；和一衣服數(shù)量檢測(cè)器69。
一恒定轉(zhuǎn)矩控制通過(guò)引入反饋控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以相應(yīng)于轉(zhuǎn)矩的q軸電流滿(mǎn)足給定值(specified value)Iqs。但是，當(dāng)轉(zhuǎn)速變高時(shí)，馬達(dá)感應(yīng)電壓升高并且轉(zhuǎn)矩電流Iq停止增加。因此，如果d軸電流根據(jù)轉(zhuǎn)速增加的話(huà)，q軸電流也被增加，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩增加。
圖2示出了各自部分的波形。來(lái)自定子位置檢測(cè)器4a的輸出信號(hào)H1，H2，H3的邊緣信號(hào)每60°發(fā)生改變，因此，呈現(xiàn)360°被6除的角度?？紤]信號(hào)H1的高邊，在它從低變高時(shí)，參考電角為0°，在馬達(dá)4的相線(xiàn)圈處的感應(yīng)電壓Ec呈現(xiàn)一滯后參考信號(hào)H1 30°的波形。當(dāng)U相馬達(dá)電流Iu和馬達(dá)感應(yīng)電壓Ec是同一相位時(shí)效率最高。馬達(dá)感應(yīng)電壓Ec在與q軸等同的軸上，而d軸落后90°。因?yàn)閝軸電流與馬達(dá)感應(yīng)電壓的相位是相同，所以稱(chēng)q軸電流是轉(zhuǎn)矩電流。
參照?qǐng)D2，U相馬達(dá)電流Iu比U相線(xiàn)圈感應(yīng)電壓Ec略微超前，而馬達(dá)電壓Vu具有一比U相線(xiàn)圈感應(yīng)電壓Ec超前30°的波形。Vc代表一在PWM控制裝置65中產(chǎn)生的鋸齒載波信號(hào)，而vu是一具有正弦曲線(xiàn)波形的U相控制電壓。一PWM信號(hào)u在PWM控制裝置65中通過(guò)比較載波信號(hào)vc和U相控制電壓vu而產(chǎn)生；該信號(hào)作為控制信號(hào)被加到逆變器電路3中的U相上臂晶體管。ck代表載波信號(hào)vc的同步信號(hào)，當(dāng)載波計(jì)數(shù)器計(jì)完數(shù)并溢出時(shí)，它是一中斷信號(hào)。
當(dāng)馬達(dá)4的轉(zhuǎn)子磁鐵的軸和定子磁通的軸一致時(shí)，電角確認(rèn)為d軸，并且從固定坐標(biāo)系統(tǒng)變換為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系統(tǒng)，即針對(duì)基準(zhǔn)電角為0°進(jìn)行d-q變換。因此，電角檢測(cè)器60從定子位置檢測(cè)器4a的輸出信號(hào)H1，H2，H3中檢測(cè)電角30°，90°，150°等等；除了在每隔60°外的電角θ是通過(guò)推導(dǎo)而得到的。
相應(yīng)于磁通的電流分量通常稱(chēng)為d軸電流Id。因?yàn)橛谰么盆F的磁通和場(chǎng)磁鐵的磁通共用一軸并且永久磁鐵受場(chǎng)磁鐵吸引，在這種情況下的轉(zhuǎn)矩為0。
與在電角中的d軸為90°時(shí)的感應(yīng)電壓相位相同的的軸為q軸；在該軸上轉(zhuǎn)矩最大。因?yàn)槭窍鄳?yīng)于轉(zhuǎn)矩的電流分量，稱(chēng)為q軸電流分量Iq。而且，因?yàn)槿绻鹍軸電流分量在負(fù)方向增加的話(huà)，它將對(duì)d軸上的場(chǎng)磁鐵的磁通產(chǎn)生一等同的削弱效應(yīng)，這被稱(chēng)為通量削弱控制。因?yàn)樗纸獬闪薲軸電流和q軸電流，并且獨(dú)立控制它們，所以將其稱(chēng)為矢量控制。
三相/兩相d-q轉(zhuǎn)換器61根據(jù)(公式1)轉(zhuǎn)換馬達(dá)電流Iu，Iv，Iw為d軸電流Id和q軸電流Iq。Id，Iq根據(jù)相應(yīng)于電角θ檢測(cè)的馬達(dá)電流的瞬時(shí)值計(jì)算出來(lái)。IdIq=cosθsinθ-sinθcosθ×231-12-1203232IuIvIw]]>=23cosθcos(θ-2π3)cos(θ-4π3)-sinθ-sin(θ-2π3)-sin(θ-4π3)IuIvIw]]>(公式1)示出在圖3中的振幅數(shù)據(jù)和sinθ，cosθ的電角θ存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元63中。因此，分解為d軸電流Id和q軸電流Iq通過(guò)調(diào)出相應(yīng)于電角θ的數(shù)據(jù)并求和然后綜合而得到。電角θ的檢測(cè)和馬達(dá)電流的瞬時(shí)值與載波信號(hào)同步。這個(gè)過(guò)程的詳細(xì)描述將在后面參照相關(guān)的流程圖來(lái)描述。
轉(zhuǎn)速檢測(cè)器62從轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器4a的輸出參考信號(hào)H1檢測(cè)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)；并且發(fā)送旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)的信號(hào)到過(guò)程控制裝置66、轉(zhuǎn)速控制裝置67和衣服數(shù)量檢測(cè)器69。過(guò)程控制裝置66控制馬達(dá)4的啟動(dòng)和并給定旋轉(zhuǎn)的次數(shù)以及相應(yīng)于旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)的d軸電流；把旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)給定信號(hào)Ns發(fā)送到轉(zhuǎn)速控制裝置67，而把d軸設(shè)定信號(hào)Ids發(fā)送到馬達(dá)電流控制裝置68。
轉(zhuǎn)速控制裝置67由一旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)比較裝置67a和一轉(zhuǎn)矩電流給定裝置67b形成，旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)比較裝置67a用于比較檢測(cè)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)N和旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)給定信號(hào)NS，轉(zhuǎn)矩電流確定裝置67b用于根據(jù)在旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)N和給定旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)Ns之間的誤差ΔN和轉(zhuǎn)速的變化率(加速)來(lái)控制q軸電流給定值Iqs。轉(zhuǎn)速控制裝置67控制相應(yīng)于馬達(dá)4的轉(zhuǎn)矩的q軸電流Iq來(lái)符合給定值Iqs。
馬達(dá)電流控制裝置68在將三相/兩相d-q逆轉(zhuǎn)換器61的輸出信號(hào)Iq，Id分別與給定信號(hào)Iqs，Ids相比之后，輸出控制電壓信號(hào)Vq，Vd。馬達(dá)電流控制裝置68由一q軸電流比較裝置68a，q軸電壓給定裝置68b，d軸電流比較裝置68c和d軸電壓給定裝置68d形成，并產(chǎn)生電壓信號(hào)Vq，Vd，該信號(hào)分別控制q軸電流和d軸電流。
兩相/三相d-q逆轉(zhuǎn)換器64根據(jù)(公式2)由電壓信號(hào)Vq，Vd計(jì)算三相馬達(dá)驅(qū)動(dòng)控制電壓vu，vv，vw。它與載波信號(hào)同步發(fā)送正弦波形信號(hào)到PWM控制裝置中，該正弦波形信號(hào)對(duì)應(yīng)于由電角檢測(cè)器60檢測(cè)的電角θ。存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元63中的sinθ和cosθ的數(shù)據(jù)處理方法與在三相/兩相d-q轉(zhuǎn)換器61中的相同。VuVvVw=321012321232cosθ-sinθsinθcosθVdVq]]>=23cosθ-sinθcos(θ-2π3)-sin(θ-2π3)cos(θ-4π3)-sin(θ-4π3)VdVq]]>(公式2)接下來(lái)，描述本發(fā)明第一實(shí)施例的安裝在洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置中的控制裝置6的操作。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的洗衣操作的流程圖。步驟S100是洗衣開(kāi)始，步驟S101是洗衣的各種初始化設(shè)置，然后在步驟S102檢測(cè)在洗衣桶/轉(zhuǎn)桶中的衣物的數(shù)量。通常用馬達(dá)4轉(zhuǎn)動(dòng)攪動(dòng)器并且觀察馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的起始速度或在停止驅(qū)動(dòng)后觀察慣性旋轉(zhuǎn)來(lái)檢測(cè)衣物的數(shù)量。
在步驟S103，設(shè)定對(duì)應(yīng)衣服數(shù)量的水位，水流等，然后在步驟S104打開(kāi)水供給閥(未示出)，在步驟S105判斷在洗衣桶/轉(zhuǎn)桶中的水位是否達(dá)到設(shè)定水位。一旦達(dá)到設(shè)定水位，在步驟S106將水供給閥關(guān)閉，如果還沒(méi)有達(dá)到設(shè)定水位，則水供給閥將保持打開(kāi)。
步驟S107開(kāi)始攪動(dòng)過(guò)程；由標(biāo)記判斷正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。如果判斷為正轉(zhuǎn)，則開(kāi)始步驟S108，正向驅(qū)動(dòng)馬達(dá)4，如果指示為反轉(zhuǎn)，則開(kāi)始步驟S109。反向驅(qū)動(dòng)馬達(dá)4。驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的詳細(xì)流程在后面將參照?qǐng)D6在馬達(dá)驅(qū)動(dòng)子程序中說(shuō)明。
在執(zhí)行馬達(dá)驅(qū)動(dòng)子程序且攪動(dòng)器開(kāi)始工作一定時(shí)間之后，在步驟S110中控制正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)標(biāo)記，然后進(jìn)行步驟S111，并且停止馬達(dá)4一段特定時(shí)間。然后進(jìn)行步驟S112，判斷洗衣程序是否完成；如果判斷完成了，則開(kāi)始下一個(gè)步驟，如果判斷沒(méi)有完成，則返回步驟S107。
圖5是脫水操作的流程，步驟S120是脫水操作開(kāi)始，在步驟S121進(jìn)行脫水操作期間最高轉(zhuǎn)速Ns最大值、增加旋轉(zhuǎn)的速度等類(lèi)似初始化設(shè)置，，然后在步驟S122給定轉(zhuǎn)速以使給定的轉(zhuǎn)速隨著時(shí)間的流逝能一直較高。
然后在步驟S123，執(zhí)行示出在圖6中的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)子程序，且在步驟S124判斷是否設(shè)定的轉(zhuǎn)速Ns達(dá)到最高的Ns最大值。當(dāng)達(dá)到最高的Ns最大值時(shí)，進(jìn)行步驟S125，在此判斷是否馬達(dá)轉(zhuǎn)速N基本上等于最高給定值Ns最大值。如果轉(zhuǎn)速N未達(dá)到某個(gè)給定的旋轉(zhuǎn)次數(shù)的范圍，則進(jìn)行步驟S126，使d軸電流給定值Ids負(fù)方向增加然后進(jìn)行步驟S127。如果轉(zhuǎn)速N基本上等于最高給定值Ns最大值，則不執(zhí)行步驟S126而跳到步驟S127。
在步驟S127，判斷脫水操作是否完成。如果判斷完成了，則進(jìn)行步驟S128制動(dòng)。制動(dòng)步驟S128只是使在馬達(dá)驅(qū)動(dòng)子程序的轉(zhuǎn)矩指示變成負(fù)數(shù)。也就是，如果q軸電流被設(shè)置為負(fù)值，則馬達(dá)4進(jìn)入制動(dòng)操作。在這個(gè)階段，然而，為了防止反電動(dòng)勢(shì)在DC電源側(cè)產(chǎn)生再生能量，需要提供合適的d軸電流，再生能量可能導(dǎo)致高強(qiáng)度DC電壓，破壞在整流電路2和逆變器電路3中的功率半導(dǎo)體器件。
圖6是馬達(dá)驅(qū)動(dòng)子程序的流程圖。子程序在步驟S200開(kāi)始。步驟S201是在開(kāi)始執(zhí)行子程序時(shí)完成的初始化設(shè)置，與主程序進(jìn)行參數(shù)交換并進(jìn)行許多其他設(shè)置，然后進(jìn)行步驟S202，用于獲得初始化的旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)控制。步驟S201和步驟S202只在開(kāi)始執(zhí)行一次。
在初始化階段通過(guò)對(duì)馬達(dá)施加120°初始角的某一電壓而執(zhí)行啟動(dòng)控制，其中轉(zhuǎn)速反饋控制是不可能的。它通過(guò)用低電壓?jiǎn)?dòng)并隨時(shí)間逐漸提高電壓來(lái)提供一軟啟動(dòng)。
然后在步驟S203，不管是否有中斷載波信號(hào)。當(dāng)在PWM控制裝置65上的載波計(jì)數(shù)器溢出并產(chǎn)生一中斷信號(hào)ck時(shí)，中斷載波信號(hào)產(chǎn)生。如果存在中斷信號(hào)ck，則進(jìn)行步驟S204來(lái)執(zhí)行載波信號(hào)中斷子程序。
流程圖7詳細(xì)示出了載波信號(hào)中斷子程序。參照?qǐng)D7，該子程序在步驟S300開(kāi)始，并在步驟S301處對(duì)中斷信號(hào)ck計(jì)數(shù)。然后在步驟S302，計(jì)算轉(zhuǎn)子位置電角θ。轉(zhuǎn)子位置電角θ通過(guò)加上k·Δθ值而推導(dǎo)獲得，該值分別通過(guò)每個(gè)載波信號(hào)周期的電角Δθ和載波計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值k相乘，且通過(guò)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器4a在每個(gè)60°檢測(cè)電角φ。
假定馬達(dá)4是一8極馬達(dá)，那么載波頻率為15.6kHz，轉(zhuǎn)速為900r/m，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)頻率變?yōu)?0Hz且載波計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值k在電角60°內(nèi)變?yōu)榇蠹s43。因此，Δθ大約為1.4°。因?yàn)樵陔娊?0°內(nèi)的計(jì)數(shù)值k增加，用于檢測(cè)和限定電角的處理能力在馬達(dá)的低轉(zhuǎn)速下改進(jìn)，因此可以理解的是即使在轉(zhuǎn)速低和要求精度高的情況下，本處理工作也能很好。
現(xiàn)在在步驟S303，檢測(cè)馬達(dá)電流Iu，Iv。如果僅檢測(cè)一次電流，那么仍存在包括噪聲的可能性。因此在步驟S304，再執(zhí)行一次電流檢測(cè)。在步驟S305，為了去除噪聲，要提供一平均值，且根據(jù)公式Iw＝-(Iu+Iv)計(jì)算馬達(dá)電流Iw。
在步驟S306，如(公式1)所示從電角θ和馬達(dá)電流進(jìn)行計(jì)算，且三相/兩相d-q轉(zhuǎn)換用來(lái)產(chǎn)生d軸電流Id和q軸電流Iq。然后在步驟S307，Id，Iq存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，被分別用作轉(zhuǎn)速控制的數(shù)據(jù)。
在步驟S308，調(diào)用d軸控制電壓Vd和q軸控制電壓Vq，然后在步驟S309，三相/兩相d-q逆轉(zhuǎn)換作為由(公式2)生成三相控制電壓vu，vv，vw而執(zhí)行。通過(guò)在高速下求和和求積，利用與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器單元63中的電角相應(yīng)的sinθ，cosθ的數(shù)據(jù)，按與步驟S306中一樣的方式執(zhí)行逆轉(zhuǎn)換。在步驟S311，執(zhí)行與三相控制電壓vu，vv，vw相應(yīng)的PWM控制，然后在步驟S310，返回載波信號(hào)中斷子程序。
參照早在圖2中描述的PWM控制，把鋸齒形的(三角形的)載波信號(hào)與U相、V相、W相對(duì)應(yīng)的控制電壓vu、vv、vw相比，產(chǎn)生逆變器電路3的IGBT開(kāi)/關(guān)控制信號(hào)，用于將正弦波驅(qū)動(dòng)施加到馬達(dá)4上。在上支路(upper arm)晶體管和下支路(lower arm)晶體管中的信號(hào)波形彼此反相；當(dāng)傳導(dǎo)率(conduction ratio)隨上支路晶體管增加時(shí)，輸出電壓以正電壓而增加，當(dāng)下支路晶體管的傳導(dǎo)率(conduction ratio)增加時(shí)，輸出電壓以負(fù)電壓而增加。在傳導(dǎo)率為50％，輸出電壓變?yōu)?。
當(dāng)控制電壓以與電角θ對(duì)應(yīng)的正弦波形變化時(shí)，正弦波形的電流流動(dòng)。在正弦波形驅(qū)動(dòng)的情況下，當(dāng)晶體管的傳導(dǎo)率達(dá)到最大100％時(shí)，輸出電壓以調(diào)制率AM100％達(dá)到最高；當(dāng)傳導(dǎo)率的最高值為50％時(shí)，輸出電壓以調(diào)制率AM 0％變得最低。
在執(zhí)行如圖7所示的載波信號(hào)中斷子程序之后，返回到如圖6所示的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)子程序，并進(jìn)行到判斷是否有位置信號(hào)中斷的步驟S205。當(dāng)位置信號(hào)H1，H2，H3的任一個(gè)發(fā)生變化，則產(chǎn)生中斷信號(hào)，并進(jìn)行到步驟S206，執(zhí)行如圖8所示的位置信號(hào)中斷子程序。如圖2所示，在每個(gè)電角60°處產(chǎn)生中斷信號(hào)。
現(xiàn)在，參考圖8，位置信號(hào)中斷子程序從步驟S400開(kāi)始。在步驟S401，輸入位置信號(hào)H1，H2，H3，且在步驟S402，從位置信號(hào)檢測(cè)轉(zhuǎn)子電角θc。在步驟S403，通過(guò)載波信號(hào)中斷子程序計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)值k記錄在kc中，然后在步驟S404計(jì)數(shù)值k被清零。然后在步驟S405一載波的電角Δθ在電角60°時(shí)從載波計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值kc中計(jì)算出來(lái)。
在步驟S406，判斷是否是一個(gè)通過(guò)基準(zhǔn)位置信號(hào)H1的中斷信號(hào)。如果它是基準(zhǔn)位置信號(hào)，則進(jìn)行到旋轉(zhuǎn)周期測(cè)定定時(shí)器的計(jì)數(shù)值T被存儲(chǔ)為周期To的步驟S407。然后在步驟S408，定時(shí)器T被清零，在步驟S409計(jì)算馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的次數(shù)N。在步驟S410，在旋轉(zhuǎn)周期測(cè)定定時(shí)器的計(jì)數(shù)開(kāi)始，在步驟S411，返回位置信號(hào)中斷子程序。
假定在旋轉(zhuǎn)周期測(cè)定定時(shí)器檢測(cè)和限定的性能精確到八位，時(shí)鐘變?yōu)?4μs，因此載波信號(hào)可用于時(shí)鐘。為了提高旋轉(zhuǎn)控制的性能，檢測(cè)和限定的旋轉(zhuǎn)周期的性能需要提高，時(shí)鐘周期需要設(shè)置在1-10μs范圍之內(nèi)。在這種情況下，微計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)時(shí)鐘被分開(kāi)用作時(shí)鐘。
在執(zhí)行圖8的位置信號(hào)中斷子程序之后，返回到圖6中的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)子程序，執(zhí)行在步驟S207的轉(zhuǎn)速控制子程序。轉(zhuǎn)速控制子程序的詳細(xì)描述如圖9所示。
參照?qǐng)D9，轉(zhuǎn)速控制子程序在步驟S500開(kāi)始，在步驟S501調(diào)用馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的次數(shù)N，然后在步驟S502，根據(jù)旋轉(zhuǎn)的次數(shù)給定d軸電流值Ids旋轉(zhuǎn)次數(shù)。馬達(dá)旋轉(zhuǎn)次數(shù)和d軸電流Ids之間的關(guān)系以如圖10所示的圖形方式工作。在低轉(zhuǎn)速時(shí)，把d軸電流值Ids設(shè)置為零；在轉(zhuǎn)速高于一個(gè)給定值時(shí)，Ids根據(jù)旋轉(zhuǎn)次數(shù)在負(fù)方向增加。
馬達(dá)旋轉(zhuǎn)次數(shù)可是一檢測(cè)的轉(zhuǎn)數(shù)或者一給定的轉(zhuǎn)數(shù)。然而，當(dāng)d軸電流給定值Ids根據(jù)給定的轉(zhuǎn)數(shù)Ns在負(fù)方向增加時(shí)，可提高控制的穩(wěn)定性。也就是，在Ids根據(jù)測(cè)定的轉(zhuǎn)速增加的情況下，Ids隨著轉(zhuǎn)數(shù)的增加而增加，且增加的Ids導(dǎo)致轉(zhuǎn)速的增加。因此，在小荷載的情況下，轉(zhuǎn)速控制恐怕會(huì)失去控制。
在步驟S503，調(diào)用在三相/兩相d-q轉(zhuǎn)換器61處獲得的d軸電流Id，且在步驟S504，比較Id和Ids的大/小。如果判斷d軸電流Id大于給定值Ids，則進(jìn)行到步驟S505使d軸控制電壓Vd減小；如果判斷d軸電流Id小于給定值Ids，則進(jìn)行到步驟S506使d軸控制電壓Vd增加。
在步驟S507，調(diào)用在三相/兩相d-q轉(zhuǎn)換器61處獲得的q軸電流Iq，且在步驟S508，Iq和Iqs的大/小進(jìn)行了比較。如果判斷q軸電流Iq大于給定值Iqs，則進(jìn)行到步驟S509使q軸控制電壓Vd減??；如果判斷q軸電流Iq小于給定值Iqs，則進(jìn)行到步驟S510使d軸控制電壓Vd增加。緊接著在步驟S511，分別存儲(chǔ)計(jì)算的d軸控制電壓Vd和q軸控制電壓Vq，然后在步驟S512，返回轉(zhuǎn)速控制子程序。
因?yàn)榇蠹s在每個(gè)載波信號(hào)d軸電流Id和q軸電流Iq被轉(zhuǎn)換，所以存在包括轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的大波動(dòng)。如果轉(zhuǎn)換的d軸電流Id和轉(zhuǎn)換的q軸電流Iq在每個(gè)載波與Ids和Iqs的給定值相比較，則會(huì)有太多的波動(dòng)因素，它們將導(dǎo)致控制的不穩(wěn)定。因而，需要加入累計(jì)平均或類(lèi)似的概念(averaging or the like concept of integration)。
由于上述原因，在載波信號(hào)中斷子程序步驟S204或者位置信號(hào)中斷子程序步驟S206中不執(zhí)行旋轉(zhuǎn)控制子程序步驟S207，但是獨(dú)立執(zhí)行在如圖6所示的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)控制子程序。為了在旋轉(zhuǎn)控制中更快地響應(yīng)，可以考慮使其執(zhí)行位置信號(hào)中斷子程序。然而，應(yīng)注意的是在轉(zhuǎn)速低的情況下，響應(yīng)速度可能也變低。
參照?qǐng)D10，當(dāng)d軸電流給定值Ids根據(jù)給定轉(zhuǎn)速而增加時(shí)，則變成在高速旋轉(zhuǎn)的磁通削弱控制。因此，轉(zhuǎn)矩可通過(guò)增加馬達(dá)電流而增加。在脫水的高速旋轉(zhuǎn)期間，在其他操作中，轉(zhuǎn)桶旋轉(zhuǎn)次數(shù)可通過(guò)增加d軸電流給定值Ids可而設(shè)定為很高。這可導(dǎo)致脫水的較高效率。
也為了為洗衣攪動(dòng)操作中設(shè)定高的轉(zhuǎn)速，可以增加d軸電流給定值。這通過(guò)執(zhí)行具有增加轉(zhuǎn)矩的高速旋轉(zhuǎn)來(lái)完成；因此，在有高的洗衣量時(shí)，可以增加洗衣轉(zhuǎn)矩。這將導(dǎo)致較高的洗衣效率。
如上所述，由于通過(guò)在低速旋轉(zhuǎn)區(qū)域設(shè)定d軸電流值Ids基本上為零而實(shí)現(xiàn)控制，所以以最大的效率進(jìn)行操作；而在高速旋轉(zhuǎn)區(qū)時(shí)，d軸電流值-Ids被給定為很高用于高轉(zhuǎn)矩操作。因此，可提高可在脫水操作或洗衣操作期間的馬達(dá)效率。
圖11示出了與轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的d軸電流給定值-Ids根據(jù)衣服的數(shù)量而變化的情況。曲線(xiàn)A代表衣服數(shù)量檢測(cè)器69判斷衣服的量很大的情況，而曲線(xiàn)B則代表衣服量小的情況。衣服的量大則需要高的轉(zhuǎn)矩，所以d軸電流給定值-Ids在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)增加。在衣服量小的情況下，則不需要這么高的轉(zhuǎn)矩；因此，d軸電流給定值-Ids的增加率低而節(jié)省轉(zhuǎn)矩。因此也可避免對(duì)衣服的損壞，且增加馬達(dá)的效率。
在中等家庭一天的洗衣量在2-4kg范圍內(nèi)。因此，可通過(guò)降低d軸電流給定值-Ids而高效率地控制馬達(dá)4。因而，減少馬達(dá)4產(chǎn)生的熱量，對(duì)節(jié)省能源是一種貢獻(xiàn)。
圖12是將馬達(dá)電流Im分解為d軸電流和q軸電流的矢量圖。這示出了d軸電流在負(fù)方向上增加的磁通削弱控制，即所謂的通過(guò)超前角度的控制。-Ids，Iqs分別代表矢量控制的給定值。負(fù)的q軸電流為制動(dòng)；通常，在Iq是負(fù)值而Id是正值的情況下，它變成為再生制動(dòng)器，在直流電源側(cè)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)；當(dāng)Iq和Id都為負(fù)值，它變成為動(dòng)態(tài)制動(dòng)，馬達(dá)的內(nèi)阻消耗了反電動(dòng)勢(shì)。
因此，通過(guò)分解為d軸電流和q軸電流和并為Ids Iqs給定合適值la以便進(jìn)行矢量控制，使制動(dòng)控制和反電動(dòng)勢(shì)的控制變得容易。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置檢測(cè)不帶電刷的直流馬達(dá)的馬達(dá)電流，它可分解為與磁通量相應(yīng)的電流分量和與易于矢量控制的轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量。在低速旋轉(zhuǎn)時(shí)，控制主要施加到與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量上，使控制的效率達(dá)到最大化；當(dāng)在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，與磁通量相應(yīng)的電流分量在負(fù)方向上增加，用于磁通削弱控制，因而電流被增加以便易于最大轉(zhuǎn)矩的控制。提高馬達(dá)特性且提高洗衣操作的效率。這使得馬達(dá)小型化。
在其它操作中驅(qū)動(dòng)洗衣機(jī)的攪動(dòng)器的荷載，幾乎與流體引起的一致；這意味著隨著轉(zhuǎn)速的提高，轉(zhuǎn)矩將加大，且如果它遵循常規(guī)的控制概念，在高速旋轉(zhuǎn)下攪動(dòng)器可停止其操作。然而，即使在高速旋轉(zhuǎn)下利用高轉(zhuǎn)矩的矢量控制，也可提高洗衣率。而且在脫水操作中，它能以高速來(lái)驅(qū)動(dòng)洗衣/旋轉(zhuǎn)桶；因此，即使小馬達(dá)也能獲得高速率的脫水。
實(shí)施例2圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的第二示范性實(shí)施例的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)框圖。與圖1所示的第一實(shí)施例的不同點(diǎn)是實(shí)施例1的控制裝置6由控制裝置206所替代，該控制裝置進(jìn)一步包括啟動(dòng)控制裝置270，調(diào)制控制裝置271和電壓給定裝置272。
參照?qǐng)D13，啟動(dòng)控制裝置270在馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)始時(shí)設(shè)定各種初始值，并轉(zhuǎn)換軟啟動(dòng)到反饋控制。在啟動(dòng)時(shí)，給馬達(dá)4提供一指定電壓使得開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，然后在馬達(dá)具有一定旋轉(zhuǎn)后，或一定電角的旋轉(zhuǎn)后，提供一反饋控制。在旋轉(zhuǎn)開(kāi)始時(shí)，調(diào)制控制裝置271控制直接施加到馬達(dá)上的調(diào)制電壓AM，馬達(dá)電感電壓Ec和施加到馬達(dá)上的電壓相位θa。在運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始時(shí)，電壓給定裝置272控制直接將電壓控制信號(hào)Vu，Vv，Vw送到PWM控制裝置65中。結(jié)構(gòu)的其他部分與實(shí)施例1中的相同；因此，相同結(jié)構(gòu)的元件使用相同的符號(hào)來(lái)表示且在此省掉重復(fù)的描述。P24下面描述在第二實(shí)施例中的上述結(jié)構(gòu)的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的操作。圖14示出了用于描述通過(guò)啟動(dòng)控制裝置270完成操作和控制的啟動(dòng)控制子程序，該控制裝置已加在本發(fā)明的實(shí)施例2中。它示出了檢測(cè)從q軸電流Iq和d軸電流Id到反饋控制的控制內(nèi)容。如圖6所示的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)子程序的步驟S202由當(dāng)前的啟動(dòng)控制子程序所替代。
參照?qǐng)D14，啟動(dòng)控制子程序在步驟S600開(kāi)始，諸如初始化施加電壓的各種初始化設(shè)置在步驟S601完成，并在步驟S602判斷轉(zhuǎn)子是否在一轉(zhuǎn)之內(nèi)或多于一轉(zhuǎn)。如果判斷為在一轉(zhuǎn)之內(nèi)，則進(jìn)行到步驟S603根據(jù)從轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器4a的信號(hào)來(lái)執(zhí)行方波驅(qū)動(dòng)所謂的120°傳導(dǎo)控制。這是因?yàn)?20°的傳導(dǎo)控制可以提供更大的轉(zhuǎn)矩；因?yàn)樵谛D(zhuǎn)開(kāi)始之前和之后，很難立即推斷出在每個(gè)60°產(chǎn)生位置信號(hào)的位置。
如果判斷是超過(guò)轉(zhuǎn)子的一轉(zhuǎn)，則進(jìn)行到步驟S604，用于正弦波驅(qū)動(dòng)，然后在步驟S605，它施加一與轉(zhuǎn)子位置信號(hào)相應(yīng)的正弦波輸出的輸出電壓。在位置信號(hào)和輸出電壓之間的定時(shí)如圖2中的波形所示；它基本上與馬達(dá)感應(yīng)電壓Ec一致，或者甚至當(dāng)它稍微超前時(shí)，電角θa強(qiáng)迫施加在30°以?xún)?nèi)的電壓波形。
然后在步驟S606，判斷是否有載波信號(hào)的中斷；如果有中斷信號(hào)，則進(jìn)行到步驟S607，執(zhí)行載波信號(hào)中斷子程序，如果沒(méi)有，進(jìn)行到步驟S608，判斷是否有位置信號(hào)的中斷。如果有中斷信號(hào)，進(jìn)行到步驟S609，執(zhí)行位置信號(hào)中斷子程序。如果沒(méi)有，進(jìn)行到步驟S610，判斷是否轉(zhuǎn)速達(dá)到一個(gè)給定的轉(zhuǎn)速N1。
如果未達(dá)到轉(zhuǎn)速N1，則進(jìn)行到步驟S611以增加晶體管傳導(dǎo)率，用于增加正弦波調(diào)制率，或者在120°的傳導(dǎo)控制的情況下，通過(guò)對(duì)晶體管增加電源系數(shù)提高施加到馬達(dá)上的電壓。如果高于給定的轉(zhuǎn)速N1，則進(jìn)行到步驟S612，返回到該子程序。
當(dāng)對(duì)給定轉(zhuǎn)速引入矢量控制時(shí)，擴(kuò)展放大電流檢測(cè)器5的頻率特性到直流分量變得不必要，且可使用便宜的交流變壓器。與直流變壓器的使用相比，這將導(dǎo)致實(shí)際上的費(fèi)用降低。另外，可引入啟動(dòng)電流的平滑控制的軟啟動(dòng)；因此，由于過(guò)多響應(yīng)的直流分量很難觀測(cè)并且d軸電流和q軸電流可通過(guò)交流變壓器能以滿(mǎn)意精確度檢測(cè)到。
載波信號(hào)中斷子程序步驟S607基本上與圖7中的一致；步驟S307和步驟S308是不必要的。在每個(gè)載波信號(hào)將轉(zhuǎn)子位置電角推斷出來(lái)，執(zhí)行三相/兩相d-q轉(zhuǎn)換以獲得d軸電流和q軸電流，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。如果能給定Vd和Vq，則在兩相/三相d-q逆轉(zhuǎn)換之后馬達(dá)感應(yīng)電壓Ec和輸出電壓具有基本上相同相位，如同所使用的流程圖。位置信號(hào)中斷子程序步驟S609與如圖8所示的相同。
在返回啟動(dòng)控制子程序之后，在轉(zhuǎn)換到矢量控制后控制的內(nèi)容與實(shí)施例1中描述的相同；根據(jù)轉(zhuǎn)速控制d軸電流。利用通過(guò)三相/兩相d-q轉(zhuǎn)換獲得的d軸電流和q軸電流轉(zhuǎn)換到矢量控制。d軸電流和q軸電流的轉(zhuǎn)換在每個(gè)載波頻率產(chǎn)生；然而，鑒于多個(gè)波動(dòng)元素，需要至少一個(gè)周期(360°)的電角。
盡管在本實(shí)施例中，這樣的例子，對(duì)在轉(zhuǎn)速達(dá)到給定水平后退出啟動(dòng)控制子程序情況下的例子進(jìn)行了描述，可通過(guò)在至少360°電角之后，在轉(zhuǎn)換到正弦波驅(qū)動(dòng)后轉(zhuǎn)變到矢量控制而提高控制的響應(yīng)速度。通過(guò)這樣做，矢量控制的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)的更重要。
當(dāng)從120°傳導(dǎo)控制到正弦波轉(zhuǎn)換在電角的兩個(gè)360°給定時(shí)，然后從恒定調(diào)制正弦波驅(qū)動(dòng)到矢量控制的轉(zhuǎn)換在360°給定，到矢量控制的轉(zhuǎn)換在電角的三個(gè)360°給定。在這種情況下的控制單元是電角；在8極無(wú)刷的直流馬達(dá)中，例如，因?yàn)樗膫€(gè)電角360°等同于一個(gè)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)，到矢量控制的轉(zhuǎn)換在3/4轉(zhuǎn)數(shù)完成。這使得在啟動(dòng)時(shí)能進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)控制。
較高速度響應(yīng)控制可根據(jù)在每個(gè)60°的中斷信號(hào)通過(guò)轉(zhuǎn)速的推導(dǎo)來(lái)完成。但是由于不能定位的霍爾IC，這可帶來(lái)實(shí)際的轉(zhuǎn)速誤差；因此，建議使用基準(zhǔn)霍爾IC用于計(jì)算轉(zhuǎn)速；也就是，為了誤差小，在每個(gè)電角360°的轉(zhuǎn)速檢測(cè)較好。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置與實(shí)施例1類(lèi)似，分解檢測(cè)馬達(dá)電流為與磁通量相應(yīng)應(yīng)的電流分量和與易于矢量控制的轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量。通過(guò)這樣做，可提高馬達(dá)特性，提高洗衣操作的效率并且馬達(dá)可以小型化。當(dāng)對(duì)洗衣機(jī)的攪動(dòng)器驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于矢量控制，甚至在高速旋轉(zhuǎn)中提供一更好的轉(zhuǎn)矩。同樣在旋轉(zhuǎn)操作中，可在高的轉(zhuǎn)速下驅(qū)動(dòng)洗衣/旋轉(zhuǎn)桶。因此，甚至小型馬達(dá)就可獲得高的脫水率。
進(jìn)一步，通過(guò)在馬達(dá)啟動(dòng)時(shí)施加一特定電壓，然后分解馬達(dá)電流為與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量，然后在達(dá)到一特定轉(zhuǎn)速或者一特定的轉(zhuǎn)角之后通過(guò)矢量控制轉(zhuǎn)換到電流反饋控制，可實(shí)現(xiàn)平滑轉(zhuǎn)矩控制，且可降低在轉(zhuǎn)速控制中的超調(diào)可能性或異常旋轉(zhuǎn)。這對(duì)減輕衣服的損壞有貢獻(xiàn)。
更進(jìn)一步，交流變壓器可用于電流檢測(cè)器5。這對(duì)實(shí)現(xiàn)一昂貴的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置有貢獻(xiàn)。
實(shí)施例3圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的第三示范性實(shí)施例的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)框圖。與如圖1所示的第一實(shí)施例不同的最重要的一點(diǎn)是去掉了在控制裝置6中的衣服量檢測(cè)器69和過(guò)程控制裝置66，而加入了轉(zhuǎn)矩控制裝置366用來(lái)形成本第三實(shí)施例的控制裝置306。
在實(shí)施例3中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的顯著點(diǎn)是它包括一轉(zhuǎn)矩控制裝置366。下面簡(jiǎn)要描述轉(zhuǎn)矩控制裝置366。
控制裝置306包括一轉(zhuǎn)矩控制裝置366，用于根據(jù)是洗衣階段還是脫水階段來(lái)控制馬達(dá)4的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩；一轉(zhuǎn)速控制裝置67，用于根據(jù)轉(zhuǎn)速檢測(cè)器62的輸出信號(hào)來(lái)控制馬達(dá)4的轉(zhuǎn)速；和一馬達(dá)電流控制裝置68，用于將來(lái)自轉(zhuǎn)矩控制裝置366和轉(zhuǎn)速控制裝置67的d軸電流給定信號(hào)Ids和q軸電流給定信號(hào)Iqs與通過(guò)三相/兩相d-q轉(zhuǎn)換器61計(jì)算出的Id和Iq相比較，從而計(jì)算與磁通量相應(yīng)的電壓分量Vd和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電壓分量Vq以控制馬達(dá)電流。當(dāng)與第一實(shí)施例中的控制裝置6進(jìn)行比較時(shí)，除了過(guò)程控制裝置66由轉(zhuǎn)矩控制裝置366替代外，在信號(hào)交換上沒(méi)有太大的區(qū)別。余下的結(jié)構(gòu)仍然與實(shí)施例1中的一樣。因此，使用相同的符號(hào)來(lái)表示相同結(jié)構(gòu)的元件且在此省掉這些元件的描述。
能通過(guò)引入反饋控制實(shí)現(xiàn)恒定轉(zhuǎn)矩控制，所以與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的q軸電流Iq和給定值Iqs一致。當(dāng)轉(zhuǎn)速變得較高時(shí)，馬達(dá)感應(yīng)電壓升高且轉(zhuǎn)矩電流Iq停止增加。因此，根據(jù)轉(zhuǎn)速通過(guò)在負(fù)方向上增加d軸電流也可增加q軸電流。所述增加轉(zhuǎn)矩的功能仍然與實(shí)施例1和2中描述的一樣。
為了減速，可給定q軸電流Iqs為一負(fù)值用以產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩或者制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因?yàn)橹苿?dòng)轉(zhuǎn)矩通過(guò)矢量控制可以被控制為恒定，控制程序可由正常的驅(qū)動(dòng)操作和制動(dòng)操作所共用；然后，可通過(guò)簡(jiǎn)單改變q軸電流給定值Iqs和d軸電流給定值Ids而工作。在q軸電流的小磁滯回線(xiàn)上的轉(zhuǎn)速反饋控制可以用來(lái)正常驅(qū)動(dòng)；而對(duì)制動(dòng)而言，給定旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)為零，且可提供q軸電流反饋控制。
然而，應(yīng)注意根據(jù)轉(zhuǎn)速來(lái)控制d軸電流。否則，產(chǎn)生的再生能源引起逆變器的DC電壓的異常升高，該電壓增加將對(duì)功率半導(dǎo)體器件或電解電容器21產(chǎn)生壞的影響。
在正常驅(qū)動(dòng)時(shí)，本實(shí)施例3中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置工作，與參考圖2的實(shí)施例1中描述的波形關(guān)系基本上一樣。因此，這里略去了其詳細(xì)的描述以避免重復(fù)。
圖16示出了在制動(dòng)操作中的各個(gè)部分的波形。當(dāng)正常驅(qū)動(dòng)的相位變換大約180°時(shí)，產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。也就是，當(dāng)控制電流在q軸的負(fù)方向?yàn)樽畲髸r(shí)，感應(yīng)電壓Ec達(dá)到最高，產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩用于制動(dòng)操作。
圖17示出了在正常驅(qū)動(dòng)期間在d-q坐標(biāo)上的電流矢量圖；把d軸電流設(shè)置為負(fù)的用于磁通量的減弱控制。在具有吸附到轉(zhuǎn)子表面的磁性裝置的非突出磁性馬達(dá)的情況下，通過(guò)給定d軸電流為零使得操作效率最大化。
圖18示出了在制動(dòng)操作中的電流矢量；電流I1代表在制動(dòng)開(kāi)始時(shí)的矢量，而電流I2代表通過(guò)制動(dòng)轉(zhuǎn)速降低之后的矢量。在制動(dòng)操作開(kāi)始時(shí)，q軸電流和d軸電流需要設(shè)置為負(fù)值，且d軸電流需大于q軸電流；否則，產(chǎn)生再生能源。在d軸電流為正且q軸電流為負(fù)的區(qū)域，再生能源變得非常大，因此，幾乎不可能由電動(dòng)線(xiàn)圈消耗反電動(dòng)勢(shì)。因而，洗衣機(jī)的制動(dòng)操作應(yīng)當(dāng)在Id和Iq都為負(fù)值的區(qū)域中執(zhí)行。
根據(jù)在實(shí)施例1中以相同方式描述的(公式1)，圖15的三相/兩相d q轉(zhuǎn)換器61轉(zhuǎn)換馬達(dá)電流Iu，Iv，Iw為d軸電流Id和q軸電流Iq。根據(jù)與電角θ相應(yīng)的瞬時(shí)馬達(dá)電流值來(lái)計(jì)算Iq和Id。
因?yàn)閳D3中所示的sinθ，cosθ和電角θ的振幅數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元63中，可調(diào)用與電角數(shù)據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)用于求和和求積的計(jì)算，如實(shí)施例1中一樣；因而，它可分解為d軸電流Id和q軸電流Iq。電角θ和馬達(dá)電流瞬時(shí)值的檢測(cè)可與載波信號(hào)同步進(jìn)行，這將在后面參照流程圖詳細(xì)描述。電角θ的基準(zhǔn)可根據(jù)d軸計(jì)算出來(lái)。雖然圖2和圖16中的電角是以H1作為基準(zhǔn)的，但實(shí)際上它是以d軸作為基準(zhǔn)的。因此，進(jìn)行計(jì)算的假設(shè)是H1的低邊超前30°，H3的高邊作為q軸且超前90°。
轉(zhuǎn)速檢測(cè)器62從轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器4a輸出的基準(zhǔn)信號(hào)H1檢測(cè)馬達(dá)轉(zhuǎn)速；且傳送旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)信號(hào)到轉(zhuǎn)矩控制裝置366和轉(zhuǎn)速控制裝置67。在正常的驅(qū)動(dòng)操作中，轉(zhuǎn)矩控制裝置366給定馬達(dá)4的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速相應(yīng)的d軸電流；將轉(zhuǎn)速給定信號(hào)Ns加到轉(zhuǎn)速控制裝置67中，并將d軸給定信號(hào)Ids加入馬達(dá)電流控制裝置68中。
轉(zhuǎn)速控制裝置67由以下部分形成，一旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)比較裝置67a，用于比較檢測(cè)的轉(zhuǎn)數(shù)N和轉(zhuǎn)速給定信號(hào)Ns，和一轉(zhuǎn)矩電流給定裝置67b，用于根據(jù)在旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)N和給定旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)Ns之間的誤差信號(hào)ΔN以及轉(zhuǎn)速變化率(加速)來(lái)控制q軸電流給定值Iqs。它控制與馬達(dá)4的轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的q軸電流Iq，以符合給定值Iqs。為了制動(dòng)操作，執(zhí)行在負(fù)方向上的轉(zhuǎn)矩控制，而不是轉(zhuǎn)速控制；給定馬達(dá)電流控制裝置68的q電流值為某一特定負(fù)的轉(zhuǎn)矩電流-Iqs，同樣給定d軸電流為某一特定負(fù)的轉(zhuǎn)矩電流值-Ids。
馬達(dá)電流控制裝置68由q軸電流比較裝置68a，q軸電壓給定裝置68b，d軸電流比較裝置68c，d軸電壓給定裝置68d組成。它在將三相/兩相d-q轉(zhuǎn)換器61的輸出信號(hào)Iq和Id分別與給定信號(hào)Iqs和Ids的比較之后，傳送分別控制q軸電流和d軸電流的電壓信號(hào)Vq和Vd。兩相/三相d-q逆轉(zhuǎn)換器64根據(jù)(公式2)從電壓信號(hào)Vq和Vd中計(jì)算三相馬達(dá)驅(qū)動(dòng)控制電壓Vu，Vv，Vw。將與由電角檢測(cè)器60檢測(cè)的電角θ相應(yīng)的正弦波形信號(hào)加入到PWM控制裝置中。存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器單元63的sinθ和cosθ的數(shù)據(jù)處理方法仍然幾乎與在三相/兩相d-q轉(zhuǎn)換器61中的一樣。這些功能與第一實(shí)施例的一致。
接著，描述根據(jù)本發(fā)明的第三示范性實(shí)施例的置于洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置中的控制裝置306的操作順序。與實(shí)施例1和2類(lèi)似，示出了微計(jì)算機(jī)生成控制裝置306的操作程序順序的流程圖。除了用于實(shí)施例1中的圖4，圖7和圖8以外，圖19，圖20和圖21用來(lái)描述在本實(shí)施例3中的構(gòu)成洗衣機(jī)驅(qū)動(dòng)控制裝置的控制裝置306的操作順序。
實(shí)施例3中洗衣操作以實(shí)施例1的流程圖4的方式進(jìn)行；在步驟S100開(kāi)始，在判斷是否洗衣完成的步驟S112結(jié)束。每個(gè)過(guò)程的詳細(xì)描述在這里不再重復(fù)。
實(shí)施例3中脫水操作以流程圖19的方式進(jìn)行。參照?qǐng)D19，脫水操作在步驟S120開(kāi)始，諸如在脫水操作期間的最高給定轉(zhuǎn)速Ns max和轉(zhuǎn)桶旋轉(zhuǎn)的初始速度等的各種初始化設(shè)置在步驟S121完成，然后在步驟S122中給定轉(zhuǎn)速以便隨著時(shí)間的流逝轉(zhuǎn)速變得校高。給定的轉(zhuǎn)速具有上限；給定該速度不能高于上限。至此，這些步驟仍與實(shí)施例1中的一致。
接著，進(jìn)行到步驟S1221，根據(jù)給定的轉(zhuǎn)速改變給定的d軸電流。為了高速驅(qū)動(dòng)，提供磁通量減弱控制且給定d軸的電流為負(fù)值。然后，進(jìn)行步驟S123，執(zhí)行圖20所示的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)子程序。在步驟S127，判斷脫水操作是否結(jié)束。如果判斷結(jié)束，則進(jìn)行到制動(dòng)步驟S128。
步驟S128是為制動(dòng)操作進(jìn)行各種初始化設(shè)置；給定d軸電流，q軸電流和轉(zhuǎn)矩電流控制而不是轉(zhuǎn)速控制的初始化設(shè)置?；旧希@里所需要的是簡(jiǎn)單將轉(zhuǎn)矩指令變成馬達(dá)驅(qū)動(dòng)子程序中的負(fù)值。如參照已經(jīng)描述的矢量圖18一樣，給定d軸電流和q軸電流為負(fù)值，且初始制動(dòng)d軸電流的值大于q軸電流的值。
然后，進(jìn)行到步驟S1281，根據(jù)轉(zhuǎn)速改變d軸電流?；旧?，q軸電流可控制為一常量。但是，當(dāng)根據(jù)轉(zhuǎn)速改變q軸給定電流值和d軸給定電流值時(shí)，如圖22所示，可阻止在高速運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域的逆變器電路3中的再生能源，并可避免在低速運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域轉(zhuǎn)矩的降低。
在步驟S1282，又一次執(zhí)行圖20的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)子程序，然后在步驟S1283，判斷旋轉(zhuǎn)是否結(jié)束。如果判斷結(jié)束，則進(jìn)行下一步；如果判斷未結(jié)束，則返回到步驟S1281。
按流程圖20執(zhí)行在實(shí)施例3中的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)子程序。參照?qǐng)D20，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)子程序在步驟S200開(kāi)始，步驟S2001是在子程序執(zhí)行的開(kāi)始進(jìn)行初始判斷。事實(shí)上所描述的是判斷關(guān)于是否是驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)或者制動(dòng)的初始階段；如果是，進(jìn)行到步驟S201，進(jìn)行各種初始化設(shè)置，與主程序進(jìn)行參數(shù)交換并執(zhí)行各種設(shè)置，然后進(jìn)行到步驟S202，進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)控制或初始制動(dòng)控制。
步驟S201和步驟S202僅在開(kāi)始被執(zhí)行一次。啟動(dòng)控制通過(guò)在初始階段施加初相角120°的特定電壓到馬達(dá)而完成，該階段不可能有轉(zhuǎn)速反饋控制。通過(guò)一低電壓?jiǎn)?dòng)并隨時(shí)間的流逝逐漸升高馬達(dá)的電壓而提供軟啟動(dòng)。為了制動(dòng)操作，增加負(fù)的d軸電流而降低負(fù)的q軸電流以確保軟啟動(dòng)，這里不用突然制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
然后，從步驟S203開(kāi)始執(zhí)行，通過(guò)步驟S207判斷是否有載波信號(hào)中斷，這是一轉(zhuǎn)速控制子程序。直到步驟S208仍與實(shí)施例1中的一樣，因此省略了這些描述以避免重復(fù)。應(yīng)當(dāng)注意的是在本實(shí)施例3的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)子程序中，載波信號(hào)中斷子程序步驟S203使用在實(shí)施例1中使用的相同的流程圖7，同樣位置信號(hào)中斷子程序步驟S206使用在實(shí)施例1中使用的流程圖8。然而，在執(zhí)行轉(zhuǎn)速控制子程序時(shí)，則使用流程圖21；這就是與實(shí)施例1的不同點(diǎn)。
在圖2 1中，轉(zhuǎn)速控制子程序在步驟S500開(kāi)始。在步驟S501，調(diào)用馬達(dá)的轉(zhuǎn)數(shù)N，在步驟S5020判斷標(biāo)記是正常驅(qū)動(dòng)還是速度降低的制動(dòng)。如果判斷是正常驅(qū)動(dòng)，則進(jìn)行到步驟S5021，為了轉(zhuǎn)矩控制，根據(jù)給定轉(zhuǎn)速和檢測(cè)的轉(zhuǎn)速之間的差異控制q軸電流。如果判斷是速度降低的制動(dòng)，則進(jìn)行到步驟S5022，在負(fù)方向進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制。也就是，為控制制動(dòng)轉(zhuǎn)矩而在-Iqs給定q軸電流。
在轉(zhuǎn)速控制子程序流程圖21中，從步驟S505開(kāi)始，調(diào)用從三相/兩相d-q轉(zhuǎn)換器61獲得的d軸電流Id，通過(guò)在存儲(chǔ)裝置中分別存儲(chǔ)d軸控制電壓Vd和q軸控制電壓Vq的步驟S511和返回轉(zhuǎn)速控制子程序的步驟S512完全與實(shí)施例1中的一樣。因此在這里不再重復(fù)詳細(xì)描述每個(gè)步驟。
圖23示出了施加到馬達(dá)上的馬達(dá)電流Im和電壓Vm分解為d軸和q軸的矢量圖。施加到馬達(dá)上的馬達(dá)電流Im和電壓Vm的產(chǎn)生代表從逆變器電路3提供給馬達(dá)4的能量；假定施加到馬達(dá)上的馬達(dá)電流Im和電壓Vm的角(α+β)為φ，從逆變器電路傳遞到馬達(dá)的有效能量為P＝Im Vmcosφ。如果φ為90°或者更小，它變成一正的能量且逆變器電路傳遞能量到馬達(dá)，馬達(dá)的反電動(dòng)勢(shì)(Pg＝-Iq×Ec)變成一由馬達(dá)內(nèi)阻消耗的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。另一方面，如果φ超過(guò)90°，它變成負(fù)的能量，且從馬達(dá)4到逆變器電路3端再生能量。
因?yàn)閏osφ＝cos(α+β)＝cosαcosβ-sinαsinβ＝(IqVq-IdVd)/ImVm，P＝IqVq-IdVd。也就是，馬達(dá)功率可從q軸功率和d軸功率之間的差異計(jì)算出來(lái)；當(dāng)馬達(dá)功率為零時(shí)，馬達(dá)線(xiàn)圈消耗的功率和馬達(dá)的反電動(dòng)勢(shì)保持平衡，當(dāng)馬達(dá)功率P為正時(shí)，線(xiàn)圈消耗的功率較大，另一方面，當(dāng)它為負(fù)時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)較大并產(chǎn)生再生能量。因此，能量平衡可通過(guò)判斷馬達(dá)功率P的較大或較小來(lái)檢測(cè)。
參照矢量圖23，IqVq為正，而IdVd為負(fù)。因?yàn)镮d是負(fù)值，如果Vd在正方向上增加，P變成負(fù)值以執(zhí)行再生操作。因此，在制動(dòng)操作期間，q軸電流Iq和d軸電流Id是負(fù)值，如果d軸電壓Vd在正方向上增加，則它變成一再生操作。因此，可以理解的是可通過(guò)控制d軸電流Id而控制再生能量。
換句話(huà)說(shuō)，如果逆時(shí)針?lè)纸怆妷菏噶縑m，則可再生能量，而如果順時(shí)針?lè)纸馑?，能量則在馬達(dá)4處被消耗。通過(guò)在d軸方向上控制電壓或者電流并計(jì)算電功率P的增加/降低，在沒(méi)有引起再生能量的情況下，能量可在馬達(dá)4處消耗掉。因此在逆變器電路3端沒(méi)有再生能量時(shí)，矢量控制可使制動(dòng)轉(zhuǎn)矩最大化。
如上所述，在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，置于洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置中馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的控制裝置將馬達(dá)電流分解為與與磁通量相應(yīng)的電流分量和轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量。為了制動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)樗?dú)立控制與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)應(yīng)的電流分量，因此通過(guò)在與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量上的矢量控制使得制動(dòng)轉(zhuǎn)矩最大，而在與磁通量相應(yīng)的電流分量的控制用來(lái)控制再生能量，防止在逆變器電路中引起DC電壓的異常升高。因?yàn)橹糜隈R達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的控制裝置在馬達(dá)的制動(dòng)中控制與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)應(yīng)的電流分量從而滿(mǎn)足一特定值，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩可通過(guò)在負(fù)方向上給定轉(zhuǎn)矩電流分量而被控制來(lái)顯示特定值，因而使得制動(dòng)時(shí)間更短。因?yàn)樗刂婆c磁通量相應(yīng)應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)應(yīng)的電流分量來(lái)顯示各自的特定值，可獨(dú)立控制馬達(dá)的反電動(dòng)勢(shì)和由馬達(dá)的內(nèi)阻消耗的能量。因此，再生能量在控制之下且可以阻止在逆變器電路中引起DC電壓的異常升高。另外，可根據(jù)轉(zhuǎn)速獨(dú)立控制制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和由馬達(dá)內(nèi)阻消耗的能量；因此，可防止在高速轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)再生能量的增加和在低速轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的減少。進(jìn)一步，因?yàn)橹糜隈R達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的控制裝置給定與磁通量相應(yīng)應(yīng)應(yīng)的電流分量從而在馬達(dá)制動(dòng)操作的開(kāi)始它大于與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)應(yīng)的電流分量，因此可以阻止在開(kāi)始時(shí)過(guò)大的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和由于再生能量在逆變器電路中引起DC電壓的異常升高。
圖24示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的洗衣機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的其他例子的框圖。與圖15相比，圖24的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置在電源部分進(jìn)一步包括與電容器21平行設(shè)置的電壓檢測(cè)器7和在控制裝置中的電壓控制裝置406。
參照?qǐng)D24，電壓檢測(cè)器7用來(lái)檢測(cè)逆變器電路3的直流電壓，而設(shè)置在控制裝置406中的電壓控制裝置469通過(guò)矢量控制來(lái)控制再生能量到逆變器電路3。將電壓檢測(cè)器7的輸出信號(hào)vdc傳送到電壓控制裝置469，而電壓控制裝置469在制動(dòng)操作中將電壓檢測(cè)器7的輸出信號(hào)與逆變器電路3的直流電壓給定值vdc進(jìn)行比較來(lái)改變d軸電流給定值Ids并控制電流控制裝置68的d軸電壓Vd的輸出。其余部分與圖15中的一樣，因此相同的結(jié)構(gòu)部分使用相同的符號(hào)來(lái)表示且在此省略描述。
接著，說(shuō)明如圖24所述的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的操作。如上所述，參照矢量圖23，當(dāng)在制動(dòng)時(shí)施加到馬達(dá)上的電壓的矢量Vm在d軸方向上增加，產(chǎn)生的再生能量導(dǎo)致在逆變器電路3直流電壓的增加。因此，再生能量可通過(guò)d軸電壓或d軸電流得到控制，因而在逆變器電路的直流電壓可控制為恒定值。
圖25是用于描述由電壓檢測(cè)器和電壓控制裝置執(zhí)行的操作和控制的轉(zhuǎn)速控制子程序，它被加到洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置中，如圖24所示。如圖25所示的子程序與圖21的轉(zhuǎn)速控制子程序一致，它是圖15中的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的對(duì)應(yīng)裝置，增加用于控制再生能量的步驟。參照?qǐng)D25，轉(zhuǎn)速控制子程序在步驟S500開(kāi)始，在步驟S501調(diào)用檢測(cè)到的轉(zhuǎn)速N，且在步驟S5020，判斷是正常操作，正常制動(dòng)還是斷電緊急制動(dòng)。如果判斷是斷電緊急制動(dòng)，進(jìn)行到步驟S5023，這里通過(guò)電壓檢測(cè)器7檢測(cè)逆變器電路的直流電壓，然后在步驟S5024中d軸電流給定值通過(guò)在直流電壓給定值和檢測(cè)到的電壓之間的誤差信號(hào)來(lái)控制，然后在步驟S503調(diào)用d軸電流。操作和功能的其它過(guò)程和順序仍與參照?qǐng)D15描述的一樣。因此，在這里省略描述以避免重復(fù)。
在需要緊急制動(dòng)的情況下，因?yàn)橐庀氩坏降臄嚯娀蛘哂捎陔娫撮_(kāi)關(guān)不注意的堵塞，將沒(méi)有對(duì)驅(qū)動(dòng)逆變器電路3的控制電路可利用的能量。然而，在第三實(shí)施例中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的所述已描述的例子中，該例子進(jìn)一步包括電壓檢測(cè)器和電壓控制裝置，供給控制電路的電源通過(guò)再生馬達(dá)反電動(dòng)勢(shì)獲得到逆變器電路3的直流源。以這種方式，逆變器電路可繼續(xù)運(yùn)行。
圖24的結(jié)構(gòu)示出了控制d軸電流給定值Ids的電壓控制裝置469的例子。但是，電壓控制裝置469可直接控制d軸電壓Vd。同樣，為了具有順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)纸獾碾妷菏噶?，可進(jìn)行控制保持d軸電壓Vd和q軸電壓Vq的關(guān)系。在任何情況下，當(dāng)反相直流電壓升高時(shí)，d軸電壓降低且d軸電流在負(fù)方向上增加；另一方面，當(dāng)反相直流電壓降低時(shí)，d軸電壓升高且d軸電流在正方向上增加。制動(dòng)轉(zhuǎn)矩可通過(guò)控制q軸電流到某一特定的負(fù)值而保持恒定值，而根據(jù)直流電壓控制d軸電流。
圖26的結(jié)構(gòu)示出了根據(jù)本方面的第三實(shí)施例的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的其它例子。與圖15相比，圖26的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)一步包括設(shè)置在控制裝置506上的馬達(dá)功率檢測(cè)器8。
參照?qǐng)D26，提供給控制裝置506一用于檢測(cè)馬達(dá)4的電功率的馬達(dá)功率檢測(cè)器8。馬達(dá)功率可從馬達(dá)相電流、相和相之間的電壓中檢測(cè)出來(lái)。然而，在如圖26所示的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置中，可以使用參照矢量圖23的描述相同的方法；也就是，利用d軸電流Id和d軸電壓Vd的乘積(product)的方法，q軸電流Iq和q軸電壓Vq的乘積的方法(P39)。其余部分與圖15中的結(jié)構(gòu)一樣，因此相同結(jié)構(gòu)的元件使用相同的符號(hào)來(lái)表示且在此省略這些部件的重復(fù)描述。
下面詳細(xì)描述如圖26所示洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的操作。為了檢測(cè)馬達(dá)功率；從逆變器電路3到馬達(dá)4的能量流可從逆變器電路3的直流電流和直流電壓的乘積中檢測(cè)到，如果功率是正值，判斷在馬達(dá)端消耗能量，而如果功率是負(fù)值，判斷有再生能量。在任何情況下，依靠在馬達(dá)線(xiàn)圈的功率消耗和在馬達(dá)產(chǎn)生的功率之間的差，在制動(dòng)操作期間馬達(dá)電功率有增加/降低波動(dòng)。
因此，可通過(guò)在負(fù)方向上增加d軸電流或者d軸電壓使得電壓具有順時(shí)針?lè)较蚍纸獾氖噶縼?lái)阻止在直流電源端的再生功率。另一方面，當(dāng)要增加制動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，可在負(fù)方向上增加q軸電流。
圖27示出了用于描述由馬達(dá)功率檢測(cè)器執(zhí)行操作和控制的載波信號(hào)中斷子程序，該馬達(dá)功率檢測(cè)器被加到圖26的洗衣機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中。圖27的子程序通過(guò)將馬達(dá)功率檢測(cè)過(guò)程加到圖7的載波信號(hào)中斷子程序中而形成，它相應(yīng)于圖15中的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的子程序。從步驟S300到步驟S308的步驟與圖7中的步驟S300到步驟S308一樣，因此這里省略了對(duì)它們的描述。
現(xiàn)在，描述由增加的馬達(dá)功率檢測(cè)器執(zhí)行馬達(dá)功率檢測(cè)進(jìn)程的流程。在步驟S308完成調(diào)用Vd，Vq后，在步驟S3081計(jì)算馬達(dá)電功率P來(lái)提供在與磁通量相應(yīng)的功率(IdXVd)和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的功率(IqXVq)之間的差額。然后在步驟S3082，比較較大/較小的馬達(dá)電功率P和給定值Pmin；如果馬達(dá)電功率P大于給定值Pmin，則進(jìn)行到步驟S3083使得d軸電流給定值Ids增加ΔId。
因?yàn)閐軸電流給定值Ids的初始值是一負(fù)值，在正方向上的增加與將d軸電流變成零是一樣的，這在相對(duì)意義上意味著減少由馬達(dá)線(xiàn)圈消耗的功率。盡管在流程圖中沒(méi)有示出，d軸電流值Ids在制動(dòng)時(shí)是在負(fù)方向上被給定的。
如果馬達(dá)電功率P小于給定值Pmin，則進(jìn)行到步驟S3084，使得d軸電流給定值Ids降低ΔId。在這種情況下，d軸電流在負(fù)方向增加使得線(xiàn)圈消耗功率增加。這是因?yàn)榻档偷鸟R達(dá)電功率P意味著增加馬達(dá)的功率產(chǎn)生能量，這導(dǎo)致在直流電源端產(chǎn)生的再生功率有增加的可能性。
然后進(jìn)行到步驟S309’，執(zhí)行與如圖7中同樣的流程。d軸電流給定值Ids在載波信號(hào)中斷子程序中獲得，將該數(shù)據(jù)傳送到圖21的轉(zhuǎn)速控制子程序中；因此，d軸電壓Vd被控制，d軸功率被控制和且電壓矢量Vm的轉(zhuǎn)數(shù)被控制。
如上所述，根據(jù)第三實(shí)施例的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的例子進(jìn)一步包括一馬達(dá)電功率檢測(cè)器，用基本上控制為固定的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，通過(guò)分別檢測(cè)馬達(dá)電功率并控制d軸電流和q軸電流，可控制馬達(dá)線(xiàn)圈的消耗功率。因此，能實(shí)現(xiàn)對(duì)馬達(dá)線(xiàn)圈消耗的整個(gè)馬達(dá)反電動(dòng)勢(shì)控制。因此，可以防止逆變器電路的DC電源側(cè)的再生能量的升高，可以避免逆變器電路3中的異常電壓的升高，且制動(dòng)轉(zhuǎn)矩總是在最高水平得到維持。因此它有助于洗衣機(jī)實(shí)現(xiàn)一高度可靠的制動(dòng)裝置。
如前所述，在本發(fā)明的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)控制裝置中，置于馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置中的控制裝置將馬達(dá)電流分解為與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)應(yīng)的電流分量，并根據(jù)馬達(dá)的控制階段獨(dú)立控制與磁通量相應(yīng)應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量。因此，可以改變馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性，并能進(jìn)行恒定轉(zhuǎn)矩的控制，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)增加轉(zhuǎn)矩，或在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)提高效率。這可導(dǎo)致馬達(dá)的小型化和馬達(dá)的能量節(jié)約。因?yàn)楦鶕?jù)馬達(dá)轉(zhuǎn)速，分別控制與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量，轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性被改變。因?yàn)樵隈R達(dá)高速運(yùn)轉(zhuǎn)下控制與磁通量相應(yīng)的電流分量在負(fù)方向增加，所以能在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下增加馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩并實(shí)現(xiàn)精確的磁通量減弱控制。因?yàn)樵诘退龠\(yùn)轉(zhuǎn)下控制與磁通量相應(yīng)的電流分量實(shí)際上為零，所以能在低速操作下以最大效率驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，其中效率本身很低。因?yàn)樵隈R達(dá)高速運(yùn)轉(zhuǎn)下控制與磁通量相應(yīng)應(yīng)的電流分量在負(fù)方向增加，用以旋轉(zhuǎn)洗衣/旋轉(zhuǎn)桶進(jìn)行脫水操作，所以能通過(guò)磁通量減弱控制在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下增加馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩。因此在脫水操作中可實(shí)現(xiàn)達(dá)到馬達(dá)高速的控制。因而，轉(zhuǎn)速可隨增加的脫水率而增加。在洗衣操作中，當(dāng)馬達(dá)高速運(yùn)轉(zhuǎn)以驅(qū)動(dòng)攪動(dòng)器時(shí)，因?yàn)榭刂婆c磁通量相應(yīng)的電流分量在負(fù)方向上增加，所以能通過(guò)磁通量減弱控制在高速馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)下增加轉(zhuǎn)矩。因此在攪動(dòng)器驅(qū)動(dòng)中可實(shí)現(xiàn)達(dá)到高速運(yùn)轉(zhuǎn)的控制，且洗衣容量隨強(qiáng)大的水力而提高。更進(jìn)一步，因?yàn)楦鶕?jù)通過(guò)衣服量檢測(cè)器檢測(cè)的衣服的數(shù)量，可獨(dú)立控制與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量，所以能通過(guò)根據(jù)衣服的量實(shí)現(xiàn)磁通量減弱控制而在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下增加轉(zhuǎn)矩，并且甚至在有許多衣服的情況下，可擴(kuò)展控制達(dá)到高速運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，可提高洗衣容量，且也可以提高脫水率。
置于馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的控制裝置包括一在啟動(dòng)階段控制馬達(dá)轉(zhuǎn)速的啟動(dòng)控制裝置。在啟動(dòng)階段，對(duì)施加到馬達(dá)上的電壓進(jìn)行直接控制，然后獨(dú)立控制與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量。這使得易于提供一保持很低的啟動(dòng)電流來(lái)抑制啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的軟啟動(dòng)，然后平滑地轉(zhuǎn)變到阻止轉(zhuǎn)速引起的異常影響的電流反饋控制。除了使平滑地轉(zhuǎn)變到電流反饋控制并阻止轉(zhuǎn)速引起的異常影響外，可獨(dú)立控制對(duì)與磁通量相應(yīng)的電流分量和轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量使得能在電流檢測(cè)器中使用便宜的AC變壓器。因此，它有助于實(shí)現(xiàn)便宜且高質(zhì)量的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置。
置于洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的控制裝置將馬達(dá)電流分解為與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量，且在制動(dòng)控制操作中獨(dú)立控制與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量。因此，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩通過(guò)在矢量控制中控制與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量可以達(dá)到最大；可通過(guò)在與磁通量相應(yīng)的電流分量的控制使再生能量在控制中而避免在逆變器電路中DC電壓的異常升高。因?yàn)橹糜隈R達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的控制裝置在馬達(dá)制動(dòng)操作中控制與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量以滿(mǎn)足一特定的值，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩可通過(guò)在負(fù)方向上給定轉(zhuǎn)矩電流分量而被控制在某一特定值。因此制動(dòng)時(shí)間可以更短。因?yàn)榭刂婆c磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量以滿(mǎn)足各自的某一特定值，所以可獨(dú)立控制馬達(dá)的反電動(dòng)勢(shì)和馬達(dá)內(nèi)阻消耗的能量。因此再生能量在控制之中，可以避免逆變器電路中DC電壓的異常升高；再者，可根據(jù)轉(zhuǎn)速分別控制制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和馬達(dá)內(nèi)阻消耗的能量。因此，可以阻止在高速轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)再生能量的增加和在低速轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的減少。進(jìn)一步，因?yàn)橹糜隈R達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置中的控制裝置在制動(dòng)操作的開(kāi)始給定與磁通量相應(yīng)的電流分量大于與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量，所以可以避免在制動(dòng)操作開(kāi)始有過(guò)大的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和由于再生能量在逆變器電路中DC電壓的異常升高。
權(quán)利要求
1.一種洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置包括一交變電流源，一與所述交變電流源連接的整流電路，一將所述整流電路的DC電源轉(zhuǎn)換為AC電源的逆變器電路，一由驅(qū)動(dòng)攪動(dòng)器或者洗衣/旋轉(zhuǎn)桶的所述逆變器電路驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)，檢測(cè)所述馬達(dá)轉(zhuǎn)子位置的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器，檢測(cè)所述馬達(dá)電流的電流檢測(cè)器，和控制所述逆變器電路的控制裝置；其中所述控制裝置可將所述馬達(dá)電流分解為與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量，且根據(jù)所述馬達(dá)的控制階段獨(dú)立控制與磁通量相應(yīng)的所述電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的所述電流分量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中控制裝置根據(jù)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速獨(dú)立控制與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中當(dāng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速高時(shí)，控制裝置控制與磁通量相應(yīng)的電流分量以便使其在負(fù)方向上增加。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中當(dāng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速低時(shí)，控制裝置控制與磁通量相應(yīng)的電流分量以便使其基本上變?yōu)榱恪?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中當(dāng)在脫水操作中驅(qū)動(dòng)洗衣/旋轉(zhuǎn)桶的馬達(dá)轉(zhuǎn)速高時(shí)，控制裝置控制與磁通量相應(yīng)的電流分量從而使其在負(fù)方向上增加。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中當(dāng)在洗衣操作中驅(qū)動(dòng)攪動(dòng)器的馬達(dá)轉(zhuǎn)速高時(shí)，控制裝置控制與磁通量相應(yīng)的電流分量以便使其在負(fù)方向上增加。
7.根據(jù)權(quán)利要求1中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，進(jìn)一步包括衣服量檢測(cè)器，用于檢測(cè)在洗衣/旋轉(zhuǎn)桶中的衣服量，其中控制裝置根據(jù)所述衣服量檢測(cè)器檢測(cè)到的衣服量獨(dú)立控制與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，進(jìn)一步包括啟動(dòng)控制裝置，用于在控制裝置中的旋轉(zhuǎn)開(kāi)始時(shí)控制馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)，其中控制裝置通過(guò)所述啟動(dòng)控制裝置在旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)對(duì)施加到馬達(dá)上的電壓進(jìn)行直接控制，然后獨(dú)立控制與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，進(jìn)一步包括啟動(dòng)控制裝置，用于在控制裝置中的旋轉(zhuǎn)開(kāi)始時(shí)控制馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)，其中控制裝置通過(guò)所述啟動(dòng)控制裝置在旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)對(duì)施加到馬達(dá)上的電壓進(jìn)行直接控制，然后根據(jù)轉(zhuǎn)速獨(dú)立控制與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量。
10.根據(jù)權(quán)利要求1中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中在馬達(dá)制動(dòng)操作中，控制裝置獨(dú)立控制與磁通量相應(yīng)的所述電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的所述電流分量。
11.權(quán)利要求10中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中在馬達(dá)制動(dòng)操作中，控制裝置控制與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量以使其滿(mǎn)足一給定值。
12.根據(jù)權(quán)利要求10中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中在馬達(dá)制動(dòng)操作中，控制裝置控制與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量以便在負(fù)方向上給定一值。
13.根據(jù)權(quán)利要求10中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中在馬達(dá)制動(dòng)操作中，控制裝置獨(dú)立控制與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量以使它們滿(mǎn)足各自的給定值。
14.根據(jù)權(quán)利要求10中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中在馬達(dá)制動(dòng)操作開(kāi)始時(shí)，控制裝置控制與磁通量相應(yīng)的電流分量以便使其大于與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量。
15.根據(jù)權(quán)利要求10中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，進(jìn)一步包括轉(zhuǎn)速檢測(cè)器，用于從轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器的輸出信號(hào)中檢測(cè)轉(zhuǎn)速，其中控制裝置根據(jù)轉(zhuǎn)速獨(dú)立控制與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量，以便在馬達(dá)制動(dòng)操作時(shí)使它們滿(mǎn)足各自的給定值。
16.一種洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置包括一交變電流源，一與所述交變電流源連接的整流電路，一將所述整流電路的DC電源轉(zhuǎn)換為AC電源的逆變器電路，一由驅(qū)動(dòng)攪動(dòng)器或者洗衣/旋轉(zhuǎn)桶的所述逆變器電路驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)，檢測(cè)所述馬達(dá)轉(zhuǎn)子位置的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器，檢測(cè)所述馬達(dá)電流的電流檢測(cè)器，檢測(cè)所述逆變器電路的DC電壓的DC電壓檢測(cè)器，和控制所述逆變器電路的控制裝置；其中所述控制裝置可將所述馬達(dá)電流分解為與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量，并獨(dú)立控制與磁通量相應(yīng)的所述電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的所述電流分量，以便在所述馬達(dá)制動(dòng)操作中，使所述DC電壓滿(mǎn)足一給定值。
17.根據(jù)權(quán)利要求16中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中控制裝置控制與磁通量相應(yīng)的電流分量，或電壓分量，以便在馬達(dá)制動(dòng)操作中，使逆變器電路的DC電壓滿(mǎn)足一給定值。
18.一種洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置包括一交變電流源，一與所述交變電流源連接的整流電路，一將所述整流電路的DC電源轉(zhuǎn)換為AC電源的逆變器電路，一由驅(qū)動(dòng)攪動(dòng)器或者洗衣/旋轉(zhuǎn)桶的所述逆變器電路驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)，檢測(cè)所述馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器，檢測(cè)所述馬達(dá)電流的電流檢測(cè)器，檢測(cè)所述馬達(dá)電功率的馬達(dá)電功率檢測(cè)器，和控制所述逆變器電路的控制裝置；其中所述控制裝置可將所述馬達(dá)電流分解為與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量，并且在所述馬達(dá)制動(dòng)操作中根據(jù)所述馬達(dá)的電功率獨(dú)立控制與磁通量相應(yīng)的所述電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的所述電流分量。
19.根據(jù)權(quán)利要求18中的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中馬達(dá)電功率檢測(cè)器根據(jù)與磁通量相應(yīng)的功率分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的功率分量進(jìn)行計(jì)算以用于實(shí)現(xiàn)控制。
全文摘要
一種逆變器電路驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的洗衣機(jī)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，通過(guò)改變馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩－轉(zhuǎn)速特性而實(shí)現(xiàn)恒定轉(zhuǎn)矩控制。它易于控制制動(dòng)轉(zhuǎn)矩(負(fù)轉(zhuǎn)矩)，提供最大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。同樣也提供易于控制的再生能量并由馬達(dá)內(nèi)阻消耗反電動(dòng)勢(shì)。實(shí)際上連接到交變電流源的整流電路的DC電源通過(guò)逆變器電路轉(zhuǎn)換為AC電源，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)操作攪動(dòng)器或洗衣/旋轉(zhuǎn)桶，轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器檢測(cè)馬達(dá)轉(zhuǎn)子位置，電流檢測(cè)器檢測(cè)馬達(dá)電流，控制裝置控制逆變器電路，將馬達(dá)電流分解為與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量。在馬達(dá)制動(dòng)操作中分別控制與磁通量相應(yīng)的電流分量和與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流分量。在高速下增加轉(zhuǎn)矩或在低速下提高效率，使馬達(dá)小型化并節(jié)能，阻止逆變器電路DC電壓的異常升高。
文檔編號(hào)H02P27/08GK1399402SQ0212651
公開(kāi)日2003年2月26日 申請(qǐng)日期2002年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月19日
發(fā)明者木內(nèi)光幸, 近藤典正, 玉江貞之, 萩原久 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社