專利名稱：餐具清洗機的電機驅動裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于清洗餐具的家庭用餐具清洗機。
背景技術：
在現(xiàn)有的這種餐具清洗機中，電機驅動裝置一般是通過變頻器來驅動無傳感器的無刷電機，因此清洗泵電機需要實現(xiàn)小型化(其中的一例可參考日本專利公報特開2003-190070號)。
但是，在上述的現(xiàn)有裝置中，為了檢測轉子的位置，需要對電機的感應電壓進行檢測，因此采用的是稱為“方波驅動”的電機驅動方法，但這種驅動方法存在著電機電流的波形失真大、電機噪聲也會增大的問題。另外，在用通過位置傳感器信號進行驅動來代替無傳感器驅動的場合下，則需要在電機中設置位置傳感器。但這樣一來，又會產生電機的厚度增大、可靠性下降、成本上升等問題。
實用新型內容本實用新型旨在解決現(xiàn)有技術中的上述問題，其目的在于提供一種餐具清洗機的電機驅動裝置，通過對水泵電機進行無傳感器、正弦波驅動來減小電機噪聲，并且通過省去位置傳感器使電機實現(xiàn)小型化、薄型化、低成本化，同時提高可靠性。
本實用新型的具體實施方案概述如下。其中，第1方案中的餐具清洗機的電機驅動裝置包括交流電源；與所述交流電源相連的、將所述交流電源的交流電力變換成直流電力的整流電路；與所述整流電路相連的、將所述整流電路的直流電力變換成交流電力的變頻器電路；與所述變頻器電路相連的電機，所述電機由所述變頻器電路加以驅動、并用來驅動清洗泵或排水泵；與所述變頻器電路相連的、檢測所述變頻器電路的輸出電流的電流檢測裝置；和分別與所述電流檢測裝置和所述變頻器電路相連的、通過所述電流檢測裝置的輸出信號對所述變頻器電路進行脈寬調制控制、控制所述電機達到設定轉速的控制裝置，其中，所述變頻器電路的輸出電壓和輸出電流的相位或者無功電流被控制成規(guī)定值。這樣，可以省去位置傳感器，使電機實現(xiàn)小型化，同時提高可靠性，降低成本。
第2方案為，第1方案中的變頻器電路包括6個晶體管和6個二極管，構成3相全波橋式變頻器電路，所述電流檢測裝置包括與所述3相全波橋式變頻器電路的下臂晶體管的負電位端分別連接的多個分流電阻，通過對所述分流電阻中流過的電流進行檢測，來檢測出所述變頻器電路的輸出電流。這樣，直流成分就很容易檢測到，且通過低成本的分流電阻就能夠構成電流檢測裝置，電流檢測裝置可以小型化，能夠制成低成本的無傳感器電機驅動裝置。
第3方案為，第1方案中的電機為扁平狀的、無位置傳感器的直流無刷電機。通過采用直流無刷電機，可以使電機小型化。此外，由于沒有位置傳感器，電機可以做成扁平形狀，從而能夠減小清洗槽底部用于安裝電機等所需的容積，從而加大清洗槽中可用來設置餐具的容積，能夠形成實現(xiàn)一種結構緊湊、容量大的餐具清洗機。
第4方案為，在第1方案中，通過將所述變頻器電路的輸出電壓和輸出電流的相位、或者無功電流控制成規(guī)定值，將所述變頻器電路的輸出電流和所述電機的感應電壓的相位控制成基本相同的相位。這樣，通過將電機感應電壓的相位和電機電流的相位控制成基本相同，可以減小電機電流，使工作效率達到最大，減小電機的溫升，使電機可以實現(xiàn)小型化、扁平化，同時還可以減小電機的安裝容積，加大清洗槽中可用于設置餐具的容積，能夠實現(xiàn)一種結構緊湊、容量大、造價低的餐具清洗機。
第5方案為，在第1方案中，通過將所述變頻器電路的輸出電壓和輸出電流的相位、或者無功電流控制成規(guī)定值，將所述變頻器電路的輸出電流相位控制成相對于所述電機的感應電壓具有一個超前角。這樣，即使負載變動引起電流相位發(fā)生變化，電流相位也比感應電壓延遲，不會發(fā)生轉矩減少、失步等情況，可以使控制變得穩(wěn)定。即使水泵吸入空氣，負載發(fā)生急劇變化，也可以使操作穩(wěn)定，同時即使在通過較弱的磁場進行控制的多極數(shù)電機中也可以實現(xiàn)高速旋轉。
第6方案為，在第1方案中，電流檢測裝置與對變頻器電路進行脈寬調制控制的切換周期同步地檢測所述變頻器電路的輸出電流，通過將所述電流檢測裝置檢測到的電流值、和與切換周期同步地運算/設定好的輸出電流值進行比較，將所述變頻器電路的輸出電壓和輸出電流的相位、或者無功電流的瞬時值控制成規(guī)定值。這樣，即使在載波頻率比電機驅動頻率還高的情況下，也能夠檢測出電機電流相位、無功電流或電流絕對值，加快電機控制的響應時間，使之能夠跟得上負載變動。即使水泵吸入空氣，負載發(fā)生急劇變化，也可以使操作穩(wěn)定。
第7方案為，在第1方案中，所述電機被控制成進行正轉及反轉時，分別實現(xiàn)清洗操作和排水操作；在所述的泵被驅動時，將所述電機控制成設定轉速，當變頻器電路輸出電流處于規(guī)定值以下時，則判定所述泵吸入了空氣。在判定吸入了空氣時，為了防止噪聲增大，可以降低進行清洗工作或漂洗工作時的轉速或者增大水量，在進行排水操作時可以使泵臨時停止操作，等到清洗槽下部再次存積有清洗水時才重新開始排水，這樣，操作時間可以縮短，噪聲也可以降低。


圖1為本實用新型的第1實施例中的餐具清洗機的電機驅動裝置的方框圖，圖2為本實用新型的餐具清洗機中的電機驅動裝置的變頻器電路圖，
圖3為本實用新型的餐具清洗機中的電機驅動裝置的電流檢測時序圖，圖4為本實用新型的餐具清洗機的電機驅動裝置的控制裝置方框圖，圖5為本實用新型的餐具清洗機中的電機驅動裝置的控制矢量圖，圖6為本實用新型的餐具清洗機中的電機驅動裝置的各種波形和時序圖，圖7為本實用新型的第1實施例的餐具清洗機中的電機驅動裝置的截面圖，圖8為本實用新型的第2實施例中的電機控制程序的流程圖，圖9為本實用新型的電機控制程序中的載波信號中斷子程序的流程圖，圖10為本實用新型的電機控制程序的轉速控制子程序的流程圖，圖11為本實用新型的餐具清洗機的電機驅動裝置的起動控制時序圖，圖12為本實用新型的餐具清洗機中與電機驅動裝置的轉速相對應的控制表示意圖，圖13為本實用新型的餐具清洗機中的電機驅動裝置發(fā)生吸入空氣時的控制矢量圖。
上述附圖中，1為交流電源，2為整流電路，3為變頻器電路，4為電機，5為電流檢測裝置，6為控制裝置，7為清洗槽。
具體實施方式
(實施例1)圖1為本實用新型的第1實施例中的餐具清洗機的電機驅動裝置方框圖。
如圖1中所示，來自交流電源1的交流電力加到整流電路2上，變換成直流電壓，變頻器電路3再將直流電壓變換成3相交流電壓來驅動電機4。在整流電路2中，全波整流電路20的直流輸出端子之間串接有電容器21a、21b，電容器21a、21b的連接點與交流電源的一個輸入端子相連接，構成直流倍壓電路，從而提高施加到變頻器電路3中的電壓。變頻器電路3的負電壓一側連接有電流檢測裝置5。通過檢測在變頻器電路3的3個相中的下臂中流過的電流，對變頻器電路3的輸出電流亦即電機4的各相電流進行檢測。
控制裝置6用于從電流檢測裝置5的輸出信號計算出變頻器電路3的輸出電流，從而在電機4上施加上與設定轉速相對應的規(guī)定頻率的規(guī)定電壓，對電機4進行旋轉驅動。通過將輸出電流控制成與電機負載相對應的輸出電流相位或無功電流，可以驅動電機4以設定的同步速度進行旋轉。
圖2為變頻器電路3的詳細電路圖，其中，6個晶體管和6個二極管構成了3相全波橋式變頻器電路。為避免累述，這里只3個相臂中的1個相臂即U相臂30A進行描述。由絕緣柵雙極晶體管(下面簡稱為IGBT)構成的上臂晶體管31a1與二極管32a1反向并聯(lián)，構成一個并聯(lián)電路；另外，由IGBT構成的下臂晶體管31a2和二極管32a2反向并聯(lián)，也構成一個并聯(lián)電路，這兩個并聯(lián)電路互相串聯(lián)連接。上臂晶體管31a1的集電極端子與直流電源的正電位端子Lp相連接，上臂晶體管31a1的發(fā)射極端子與輸出端子U相連接，下臂晶體管31a2的發(fā)射極端子經構成電流檢測裝置5的分流電阻50a與直流電源的負電位側端子Ln相連接。
上臂柵極驅動電路33a1根據(jù)上臂驅動信號Up驅動上臂晶體管31a1，下臂柵極驅動電路33a2根據(jù)下臂驅動信號Un驅動下臂晶體管31a2，分別進行導通/截止切換控制。上臂柵極驅動電路33a1的內部設有根據(jù)微分信號進行置位/復位的RS觸發(fā)器電路，在上臂驅動信號Up的上升沿使上臂晶體管31a1導通，在上臂驅動信號Up的下降沿使上臂晶體管31a1截止。下臂柵極驅動電路33a2中無需進行這樣的操作，故內部沒有設置RS觸發(fā)器電路。
施加到IGBT上的柵極電壓需要達到10～15V，當使下臂晶體管31a2導通時，15V直流電源從正端子B1經自舉電阻34a、自舉二極管35a對自舉電容器36a進行充電，故依靠自舉電容器36a中蓄積的能量能夠使上臂晶體管31a1進行導通/截止切換。另外，在下臂的反向并聯(lián)二極管32a2導通的場合下，也同樣可以對自舉電容器36a進行充電。
V相臂30B、W相臂30C也進行同樣的連接，各臂中的下臂晶體管的發(fā)射極端子與構成電流檢測裝置5的分流電阻50b、50c相連接，分流電阻50b、50c的另一側的端子與直流電源的負電位端子Ln相連接。當下臂晶體管由IGBT或大功率MOSFET構成時，由于通過控制柵極電壓就能夠實現(xiàn)切換控制，因此，與IGBT的發(fā)射極端子(大功率MOSFET的場合下為源極端子)連接的分流電阻的電阻值如果被選定為使其兩端電壓為1V以下時，對切換操作幾乎不產生影響，通過電壓控制就能夠控制導通/截止之間的轉換，并且具有通過檢測分流電阻50a、50b、50c的電壓veu、vev、vew就能夠檢測出變頻器電路的輸出電流亦即電機電流的特點。
圖3中示出了變頻器電路輸出電流的檢測時序圖，其中，采用了三角波調制進行脈寬調制控制。為了減小切換噪聲的影響，上、下臂IGBT的切換時機被互相錯開；veu、vev、vew電壓被進行高速A/D變換，然后由微電腦等電機控制處理器進行電流檢測。
圖3中，ck為三角波調制信號Vt的峰值亦即時間t3處產生的同步信號，vu為U相電壓控制信號。通過將三角波調制信號Vt和U相電壓控制信號vu進行比較，產生出U相上臂晶體管31a1的驅動信號Up和U相下臂晶體管31a2的驅動信號Un。其中，t1～t2的區(qū)間及t5～t6的區(qū)間為上、下臂晶體管均不導通的期間，故稱為死區(qū)時間Δt。至于A/D變換的時機，既可以是上臂晶體管截止、下臂晶體管導通的時間t3，也可以在時間t3至時間t4的死區(qū)時間Δt范圍內進行。
圖4為本實用新型的控制裝置的方框圖，其中，通過微電腦或數(shù)字信號處理器等高速處理器實現(xiàn)無傳感器正弦波驅動。
下面使用圖5中的矢量圖對其中的基本控制方法進行說明。圖5為轉子表面設有永久磁鐵的表面永久磁鐵電機(簡稱SPM電機)的d-q座標系矢量圖，電機感應電壓Vr與q軸同軸，感應電壓Vr與感應電壓常數(shù)kr和轉速N亦即電機驅動頻率f成正比。換句話說，電機感應電壓Vr和頻率f之間的比例(Vr/f)總是保持恒定。
將電機電流I控制成與q軸同軸時，進行的將是矢量控制，但這樣q軸將檢測不出來，故假設已經轉動到角度γ。電機的電壓方程式可以用下面的公式1來表示，當驅動頻率f被固定時，d-q座標系中的電流矢量I將被固定，電機的施加電壓矢量Vi也就被固定。反過來，電機施加電壓矢量Vi被固定的話，電流矢量I也就被固定。另外，在變換到以電機施加電壓Vi(基軸)為主軸的a-r軸座標時也一樣，電流矢量I被固定時，電機感應電壓矢量Vr也就被固定。換言之，如果預先知道了電機的常數(shù)(線圈電阻R、線圈電感L、電機感應電壓常數(shù)kr)，通過將電流矢量I加以固定，就可以將感應電壓Vr和電流I之間的相位控制成一定，從而可以將q軸電流Iq(亦即轉矩電流)基本控制成一定，實現(xiàn)與矢量控制基本相同的控制。
公式1Vi＝(R+jωL)I+Vr(其中，R為線圈電阻，ω為角頻率，L為線圈電感)通過將無功電流Isinφ選定為適當?shù)闹担瑴p小超前角γ，可以使電機電流I與轉矩電流(q軸電流)Iq變得基本相同，提高工作效率。這樣，電機的損耗可以減少，電機的溫度上升可以減輕，電機也能實現(xiàn)小型化。
另外，在通常的操作過程中，通過如圖5中所示的那樣將電機電流I設定為γ超前角，即使因負載發(fā)生急劇變動、相位φ發(fā)生變化時，電機電流I與q軸之間的相位γ也不會發(fā)生遲延，不會出現(xiàn)轉矩銳減、失去同步(即失步)等情況。特別是，在轉速急劇下降、相位γ相對于q軸出現(xiàn)滯后且相位φ達到90度以上時，出現(xiàn)失步的可能性就很高。通過進行超前角控制，可以減少相位延遲的情況，從而可以提高旋轉控制的穩(wěn)定性能。
此外，通過進行超前角控制，可以實現(xiàn)弱化的勵磁控制(d軸電流為負)，能夠減小電機感應電壓Vr和線圈線圈電壓(jωLI)之和(即電壓矢量Vo)，從而可以使轉矩電流增加Iq，實現(xiàn)高速旋轉。
如上所述，如果知道了電機常數(shù)(線圈電阻R、線圈電感L、電機感應電壓常數(shù)kr)和與電機負載相對應的轉矩電流Iq，通過控制變頻器電流(電機電流)I相對于電機施加電壓Vi的的絕對值和相位φ就可以對電機電流矢量進行控制。因此，在圖5的矢量圖中，從d-q座標基軸座標變換后的r軸電流Ir(＝Isinφ)或a軸電流Ia(＝Icosφ)被控制在規(guī)定值上。
圖4中的驅動條件設定裝置60根據(jù)電機驅動條件求出驅動轉速、轉矩電流和超前角γ，將設定信號fs、Irs和V/f送至轉速設定裝置61、無功電流設定裝置62和V/f設定裝置65中，以設定驅動頻率f及無功電流Isinφ等條件。載波信號發(fā)生裝置63產生用來進行PWM調制的三角波信號Vt和同步信號ck，載波頻率(切換頻率)被設定在15kHz以上的超聲波頻率上，以減少電機噪聲。同步信號ck被送到各個運算模塊中，各個運算與同步信號ck同步地進行運算操作。
轉速設定裝置61用來設定電機驅動頻率f，并求出載波信號周期Tc的相位角Δθ，加到電角運算裝置64中。驅動頻率信號f被送到V/f設定裝置65中。電角運算裝置64與同步信號ck同步地求出相位θ，并將相位信號θ加到存貯有標準正弦表的存貯裝置66、座標變換裝置68、72及無功電流設定裝置62中。
V/f設定裝置65根據(jù)驅動頻率f或負載轉矩設定施加電壓常數(shù)kvn，將其設定為與轉速或負載轉矩成正比的值。在水泵電機的場合下，由于負載轉矩為轉速的平方，因此，施加電壓常數(shù)kvn要與驅動頻率的平方成比例地增加。在下面將要敘述的采用單電機雙水泵或者單電機單水泵的方式、正向旋轉時進行清洗操作、反向旋轉時進行排水操作的場合下，電機所需的轉矩電流分別不同，因此在正轉和反轉時需要改變施加電壓常數(shù)kvn的設定值。
存貯裝置66中的存貯區(qū)域中存貯有進行與相位角相對應的三角函數(shù)運算所必須的標準正弦表，舉個例子來說，存貯有從相位0到2π的從-1到+1的正弦值數(shù)據(jù)。
高速A/D變換裝置67在數(shù)微秒之內在圖3中的時序圖中所示的三角波調制信號Vt的峰值處將電流檢測裝置5的輸出信號veu、vev、vew進行A/D變換，變換成與變頻器的輸出電流相對應的數(shù)字信號Iu、Iv、Iw，并將各相電流的瞬時值加到3相→2相基軸變換裝置68中。
3相→2相基軸變換裝置68用于如圖5中所示的那樣將變頻器電路輸出電流的瞬時值進行3相→2相變換，向變頻器電路輸出電壓軸亦即電機基軸(a-r軸)進行座標變換。上述的3相→2相基軸變換裝置68使用公式2進行絕對變換，求出a軸成分Ia和r軸成分Ir。Ir相當于Isinφ，為從變頻器輸出(母線電壓)觀察時的無功電流成分。通過進行座標變換，不但可以從輸出電流瞬時值求出瞬時的無功電流成分Ir，而且還可以下面的公式3中所示平方平均方法求出瞬時輸出電流矢量絕對值Im。另外，由于通過公式4還可以在瞬間求出從變頻器輸出(母線電壓)觀察時的電流相位φ，因此，比起設置電流過零點檢測裝置來進行相位檢測的方式來，響應性能得到極大的提高。
公式2IrIa=cosθsinθ-sinθcosθ×231-12-12032-32IuIvIw]]>=23cosθcos(θ-2π3)cos(θ-4π3)-sinθ-sin(θ-2π3)-sin(θ-4π3)IuIvIw]]>公式3Im=Ia2+Ir2]]>公式4φ＝tan-1(Ir/Ia)無功電流比較裝置69把3相→2相基軸變換裝置68的輸出信號Ir和無功電流設定裝置62的設定信號Irs進行比較，并輸出其誤差信號Δir；該誤差信號Δir由誤差信號放大運算裝置70進行放大或積分后，形成施加電壓常數(shù)改變信號kv；所述施加電壓常數(shù)改變信號kv再被輸出到控制電壓比較設定裝置71中。
控制電壓比較設定裝置71用于將V/f設定裝置65的輸出信號kvn和誤差信號放大運算裝置70的輸出信號kv加以比較，形成變頻器輸出電壓控制信號Va。該變頻器輸出電壓控制信號Va被加到2相→3相基軸逆變換裝置72中，對變頻器輸出電壓進行控制，使無功電流成分Ir等于規(guī)定值。
2相→3相基軸逆變換裝72使用下面的公式5中所示的逆變換式來產生3相正弦波電壓信號。由于變頻器輸出電壓與a軸同相，且r軸成分的Vr′為零，因此只要計算出Va即可。2相→3相基軸逆變換裝置72輸出的3相電壓vu、vv、vw被輸出到PWM控制裝置73中。
公式5VuVvVw=2310-1232-12-32cosθ-sinθsinθcosθVrVa]]>=23cosθ-sinθcos(θ-2π3)-sin(θ-2π3)cos(θ-4π3)-sin(θ-4π3)VrVa]]>圖6為進行PWM控制中的各種波形的時序圖。
Eu為從中性點觀察到的電機感應電壓波形，Iu為U相電流波形，比電機感應電壓Eu稍微超前一點。另外，vu、vv、vw分別為U相、V相、W相的PWM控制輸入信號，把2相→3相基軸逆變換裝置72的輸出信號與三角波調制信號Vt進行比較，生成PWM控制輸出信號Up。信號vu和U相輸出電Vi的相位相同，而U相電流Iu的相位要比信號vu的相位φ延遲。
圖7中的截面圖概略示出了采用了單電機單水泵方式的餐具清洗機的構造。其中，自來水通過進水閥8加到清洗槽7中，用來進行清洗的水9存貯在清洗槽7中。在清洗槽7的下部設有軸向垂直的扁平狀直流無刷電機4，電機4的下方設有泵殼10，通過使葉輪11正向旋轉，施加上從軸向指向離心方向的壓力。因此，當葉輪11正向旋轉時，從設有噴射12a的噴射翼12b將向餐具(圖中未示出)噴射出清洗水，進行清洗。另外，當葉輪11發(fā)生正向旋轉時，泵殼10的內部壓力將變高；當設在泵殼10側面上的排水閥13關閉時，水流方向將朝向噴射翼12b一側。另一方面，當使葉輪11反向旋轉時，壓力將從葉輪11的側面加到垂直方向上，此時打開排水閥13的話，垂直方向上的水流將流向排水管14，因此，只用一個電機和一個水泵就既能進行清洗又能實現(xiàn)排水。當然，也可以設置分別用于清洗和用于排水的葉輪和泵殼，即采用單電機雙水泵方式，正轉時進行清洗，反轉時進行排水操作。但是，這樣一來，泵的高度將增高，產生清洗槽7的下部容積無法減小的問題。
采用本實用新型的話，可以省去直流無刷電機中的位置傳感器，從而可以使扁平構造的電機做得更薄，與單電機單水泵的方式進行組合后，可以減小清洗槽的下部容積，加大清洗槽中可用來放置餐具的容積。此外，由于直流無刷電機4具有在電機輸出一定的情況下轉速越高電機就越能實現(xiàn)小型化的特點，通過提高葉輪的轉速還可以使水泵和電機的體積實現(xiàn)小型化。
(實施例2)圖8是表示本實用新型的餐具清洗機的電機驅動裝置中進行的操作的電機控制程序流程圖。
電機驅動程序從步驟100開始，在步驟101進行驅動頻率、V/f及無功電流等各種設定。接下來，進到步驟102，進行是否進行起動的判定；如果是起動操作的話，則進到步驟103，執(zhí)行起動控制子程序。
起動控制子程序103如圖11中所示，使驅動頻率f從零直線上升到設定頻率fs，并根據(jù)驅動頻率f改變V/f控制和無功電流設定值Irs。在負載為水泵的場合下，由于轉矩以轉速的平方發(fā)生變化，通過嚴格地按照轉速求出相應的轉矩電流Iq，計算出Isinφ，再根據(jù)控制表進行起動控制，可以實現(xiàn)穩(wěn)定的起動。
接下來，進到步驟104，判定有無載波信號中斷。如有載波信號中斷，則執(zhí)行步驟105的載波信號中斷子程序和步驟106的轉速控制子程序。
圖9為載波信號中斷子程序的詳細過程。該程序從步驟200開始，在步驟201中判斷載波同步信號ck的計數(shù)值k是否為電機驅動頻率f的1個周期內的載波數(shù)量kc；如果兩者相等，則進到步驟202，使載波計數(shù)值k清零。電機驅動頻率f在1個周期內的載波數(shù)kc在設定驅動頻率時預先求出。
舉例來說，當8極電機的轉速為4040rpm時，驅動頻率f為269.3Hz，周期T為3.712ms；當載波周期Tc為64μs(載波頻率為15.6kHz)的場合下，脈沖數(shù)量kc為58。如果設驅動頻率f的1個周期為2π的話，1個載波周期Tc的相位Δθ則為Δθ＝2π/kc。
在步驟203中使載波同步信號的計數(shù)值+1后，進到步驟204，從載波數(shù)k和1個載波周期Tc內的相位Δθ計算出電角θ。接下來，進到步驟205，檢測來自電流檢測裝置5的信號，從而檢測出變頻器的輸出電流Iu、Iv和Iw。接下來，進到步驟206根據(jù)上面的公式2進行3相→2相的基軸座標變換，求出無功電流Ir和有效電流Ia；然后進到步驟207，將Ir、Ia存儲起來。
接下來，進至步驟208，通過公式3求出電機電流的矢量絕對值Im；然后，進到步驟209，判斷計算值Im是否超過了過電流設定值Imax。
如果計算值Im超過了過電流設定值Imax，則進到步驟210，停止驅動變頻器電路3中的大功率半導體器件，從而停止電機驅動；然后，進到步驟211，建立起[過電流異常]標志。
如果計算值Im沒有超過過電流設定值Imax，則進到步驟212，從轉速控制子程序調用變頻器輸出控制信號Va；接下來，進到步驟213，根據(jù)公式5進行2相→3相基軸座標逆變換，求出變頻器中的各相控制信號vu、vv、vw；然后，進到步驟214，進行PWM控制。最后，進到步驟215，實行返回。
圖10為轉速控制子程序，這一轉速控制子程序不必對于每個載波信號都執(zhí)行，可以比方說每2個載波信號實行一次。當載波頻率與超聲波頻率相等時，載波周期內的程序處理時間將成為問題。如果必須對每個載波都實行相位計算、電流檢測計算、PWM控制等處理的話，則可以將座標變換及圖10中所示的不必對每個載波都實行的處理分出來，再將這些沒有必要對每個載波都實行的處理分割成多個批次后進行處理，來實行除電機控制之外的餐具清洗機的操作過程程序。
圖10中的轉速控制子程序從步驟300開始，在步驟301中調出驅動頻率設定值fs，然后進到步驟302，調出與頻率設定值fs相對應的無功電流設定值Irs，進到步驟303調出通過3相→2相基軸座標變換求出的無功電流Ir，再進到步驟304調出施加電壓常數(shù)設定值V/f。接下來，在步驟305將Irs和Ir進行比較，從誤差信號Δir計算出施加電壓常數(shù)kv，然后進至步驟306，從施加電壓常數(shù)設定值V/f和步驟305中求出的施加電壓常數(shù)kv計算出運算基軸施加電壓信號Va。最后，進到步驟307將Va進行存儲，進到步驟308實現(xiàn)返回。
再次回到圖8中的電機驅動程序。在步驟107中判斷是否進行排水泵驅動；如果需要驅動排水泵，則進到步驟108，檢測電機電流Im；然后對電機電流Im是否小于設定值Ima進行判斷。如果小于設定值Ima，則進到步驟110，建立起吸入空氣檢測標志；然后進到步驟111停止對電機進行驅動。最后，進到步驟112執(zhí)行返回操作。
圖12中示出了根據(jù)泵驅動轉速來設定V/f、Isinφ和吸入空氣檢測電流電平Ima的情況。如圖13中所示，水泵中吸入空氣時，電機負載將減輕，轉矩電流Iq1將減少，故電機施加電壓Vi1將減小，而無功電流Ir保持一定。因此，相位φ1將增大，相對于施加電壓相位q軸大幅度超前，使得I1的有效電流將減少。
在排水泵被驅動之時，當隨著排水操作的進行清洗槽內的清洗水被排完時，排水泵將吸入空氣，排水操作的噪聲將會增大。因此，當檢測有空氣吸入時，立即使電機停止驅動；在停止一段時間后再次起動排水操作。這樣的操作要重復多次。
在清洗操作的進行過程中檢測到有空氣吸入時，通過降低電機的驅動轉速，可以減少空氣的吸入量。另外，由于降低轉速時清洗性能也可能下降，因此，可以保持轉速不變，而是進行補充進水，增加清洗水量，也可以降低吸入的空氣量?；蛘撸部梢酝瑫r采取上述兩種措施。
另外，從電機電流Im和根據(jù)公式4求出的相位φ可以更明確地檢測空氣吸入的情況，因此，也可以同時從這兩種數(shù)據(jù)來對是否吸入了空氣進行檢測、判斷。
另外，吸入空氣后電機的負載將減輕，施加到電機上的電壓(變頻器的輸出電壓)也隨之減小，但是，電機電流減少后無功電流也將減小，因此接著又發(fā)生增大無功電流的操作。這樣，電流的包絡線將發(fā)生很大的振動，有可能造成電流的振幅值變大，或者造成電流的振幅值變反而變小。因此，在電流振幅減少的場合下進行檢測的話可以提高檢測精度。
此外，利用檢測電流或電壓振動的裝置來求出包絡線的最大值和最小值之間的差值的話，能夠對是否吸入了空氣進行檢測。
如上所述，本實用新型的餐具清洗機中的電機驅動裝置通過低成本的電流檢測裝置來檢測變頻器電路電流，對直流無刷電機進行無傳感器正弦波驅動，因此可以省去位置傳感器，且可以提高操作效率，使電機實現(xiàn)小型化、薄型化、低振動、低成本，并且還可以提高可靠性。
此外，與載波周期上同步、且與大功率晶體管的切換時機不重疊地進行電流檢測的話，可以減小切換噪聲的影響。另外，采用3個分流電阻的話，即使載波頻率處于超聲波頻率中，也能毫無問題地進行檢測。
此外，由于與載波周期同步地進行至變頻器輸出電壓基軸的座標變換，電流矢量絕對值、電流相位或無功電流瞬時就能夠檢測出來。因此，即使水泵電機中吸入空氣、負載發(fā)生急劇變化，也可以實現(xiàn)高速響應，不會出現(xiàn)失步現(xiàn)象。
另外，由于本實用新型很容易對瞬時電流進行檢測，因此，通過電機負載變動引起的電機電流變化就很容易對是否吸入了空氣進行檢測。
另外，上面雖然以SPM電機為對象進行了說明，但是，對于永久磁鐵設置在轉子鐵心內部的IPM電機來說，本實用新型也可以起到同樣的效果。
另外，上面主要對將無功電流Isinφ控制成一定進行了說明，但是，將有效電流Icosφ及相位φ控制成一定的話也可以達到基本相同的效果。
綜上所述，在本實用新型的餐具清洗機的電機驅動裝置中，交流電力通過整流電路變換成直流電力，電機由變頻器電路加以驅動，變頻器電路的輸出電流通過電流檢測裝置來進行檢測；另外，為了達到設定轉速，對變頻器電路進行脈寬調制控制，從而將變頻器電路的輸出電壓、電流相位或無功電流控制成規(guī)定值，因此，對電機可以實現(xiàn)高效率的、無傳感器正弦波驅動。本實用新型能夠適用于驅動餐具清洗干干燥機的干燥風扇電機、洗衣干衣機的干衣風扇電機及浴室水泵電機等場合下。
權利要求1.一種餐具清洗機的電機驅動裝置，其特征在于包括交流電源；與所述交流電源相連的、將所述交流電源的交流電力變換成直流電力的整流電路；與所述整流電路相連的、將所述整流電路的直流電力變換成交流電力的變頻器電路；與所述變頻器電路相連的電機，所述電機由所述變頻器電路加以驅動、并用來驅動清洗泵或排水泵；與所述變頻器電路相連的、檢測所述變頻器電路的輸出電流的電流檢測裝置；和分別與所述電流檢測裝置和所述變頻器電路相連的、通過所述電流檢測裝置的輸出信號對所述變頻器電路進行脈寬調制控制、控制所述電機達到設定轉速的控制裝置，其中，所述變頻器電路的輸出電壓和輸出電流的相位或者無功電流被控制成規(guī)定值。
2.如權利要求1中的餐具清洗機的電機驅動裝置，其特征在于所述變頻器電路包括6個晶體管和6個二極管，構成3相全波橋式變頻器電路，所述電流檢測裝置包括與所述3相全波橋式變頻器電路的下臂晶體管的負電位端分別連接的多個分流電阻，通過對所述分流電阻中流過的電流進行檢測，來檢測出所述變頻器電路的輸出電流。
3.如權利要求1中的餐具清洗機的電機驅動裝置，其特征在于所述電機為扁平狀的、無位置傳感器的直流無刷電機。
專利摘要本實用新型涉及餐具清洗機的電機驅動裝置，可解決電機厚度增大等問題。其包括交流電源；將交流電源的交流電力變換成直流電力的整流電路；與整流電路相連的、將整流電路的直流電力變換成交流電力的變頻器電路；與變頻器電路相連的電機，電機由變頻器電路加以驅動、并用來驅動清洗泵或排水泵；與變頻器電路相連的、檢測變頻器電路的輸出電流的電流檢測裝置；和分別與電流檢測裝置和變頻器電路相連的、通過電流檢測裝置的輸出信號對變頻器電路進行脈寬調制控制、控制電機達到設定轉速的控制裝置，其中，變頻器電路的輸出電壓和輸出電流的相位或者無功電流被控制成規(guī)定值。本實用新型可省去位置傳感器，使電機小型化，提高可靠性，降低成本。
文檔編號H02P7/34GK2815266SQ200420117499
公開日2006年9月13日 申請日期2004年12月7日 優(yōu)先權日2003年12月11日
發(fā)明者木內光幸, 鈴木將大, 中田秀樹, 吉岡包晴 申請人:松下電器產業(yè)株式會社