專利名稱：洗衣機的制作方法
本申請是1998年9月22日提交的中國專利申請98119747.7的分案申請。
本發(fā)明涉及采用三相感應(yīng)電機的洗衣機，特別是涉及對衣物量進行估計并且檢測滾筒中衣物分布不均引起的不平衡的洗衣機。
大多數(shù)情況下，驅(qū)動普通洗衣機攪拌器的電機為單相感應(yīng)電機。單相感應(yīng)電機通過以電源頻率和減速齒輪(例如齒輪和皮帶)的減速比確定的恒定角速度轉(zhuǎn)動來驅(qū)動攪拌器。單相感應(yīng)電機的低速扭矩較小使得一次洗衣物量和洗衣物系統(tǒng)都是有限的。
JP-A-7-255988提出了一種利用無刷直流電機和反相器電路改變攪拌器轉(zhuǎn)速的方法作為解決該問題的手段。
另一方面，JP-A-6-351292提出了一種通過利用反相器電路的V/f控制改變?nèi)喔袘?yīng)電機轉(zhuǎn)速的方法。
例如在JP-A-61-8094中揭示了一種估計滾筒中衣物量的普通洗衣機。在現(xiàn)有技術(shù)中，驅(qū)動滾筒的電機在電機轉(zhuǎn)速達到預(yù)定值時停止驅(qū)動，其中衣物量根據(jù)慣性轉(zhuǎn)動下從電機斷電到滾筒停轉(zhuǎn)的時間估計得到。另一方面，JP-A-6-71085揭示了一種方法，其中施加在電機上的電壓保持恒定并且衣物量根據(jù)安裝在電機上的角速度傳感器檢測得到的角速度信息的變化估計出來。另外JP-A-5-3990揭示了一種根據(jù)輸入電機的電流估計衣物量的方法。
在JP-A-3-70596揭示的檢測滾筒內(nèi)衣物分布不均引起的不平衡量的普通洗衣機中，檢測振動的傳感器安裝在滾筒內(nèi)以檢測不平衡。另外JP-A-5-103895揭示了一種根據(jù)安裝在電機上的角速度傳感器檢測角速度信息來檢測不平衡狀態(tài)的方法。而且JP-A-9-290089揭示了一種利用位置傳感器來檢測滾筒的不平衡狀態(tài)并根據(jù)電機中電流變化測量滾筒內(nèi)分布不均的衣物位置的方法。
與感應(yīng)電機相比，利用DC無刷電機的方法會遇到DC無刷電機成本高的問題。
在利用反相器控制三相感應(yīng)電機角速度的普通方法中，必須使電機的施加電壓與頻率之比V/f保持不變。但是三相感應(yīng)電機的可控度差于DC電機。特別是在低速范圍內(nèi)它難以產(chǎn)生較大的扭矩。因此存在的問題是不大容易一次洗滌大量的物品。
根據(jù)驅(qū)動電機在慣性下轉(zhuǎn)動的時間估計衣物量(例如重量)的方法精度較低。而且根據(jù)電機轉(zhuǎn)動角速度估計衣物量的方法要求在電機上安裝角速度傳感器。
不管是根據(jù)預(yù)定電壓下電機轉(zhuǎn)動角速度變化還是根據(jù)輸入電機的電流變化估計滾筒內(nèi)衣物重量，上述方法存在精度低的問題。
檢測滾筒內(nèi)不平衡量的方法要求安裝檢測振動的傳感器。另一方面，根據(jù)轉(zhuǎn)動角速度的變化精確檢測不平衡量要求高精度的角速度傳感器，因此成本高昂。另外，根據(jù)輸入感應(yīng)電機的電流的波動檢測不平衡量的方法檢測精度較低。
本發(fā)明的一個目標是提供一種能夠洗滌大量衣物的廉價洗衣機，它采用反相器驅(qū)動的三相感應(yīng)電機以達到DC無刷電機的性能。
本發(fā)明的另一個目標是提供一種不用任何速度傳感器就能夠精確估計洗滌衣物量的洗衣機。
本發(fā)明的還有一個目標是提供一種洗衣機，特別是一種滾筒洗衣機，它能夠精確估計滾筒內(nèi)的衣物量并且精確檢測滾筒內(nèi)衣物分布不均引起的不平衡量。
按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種洗衣機，其特征在于包括洗滌和脫水用的滾筒；轉(zhuǎn)動安裝在滾筒內(nèi)的攪拌器的三相感應(yīng)電機；以及角速度估計器，用來根據(jù)輸入三相感應(yīng)電機定子的初級交流電流和初級交流電壓中至少一個量和對于三相感應(yīng)電機唯一的常數(shù)估計轉(zhuǎn)動角速度。根據(jù)三相感應(yīng)電機的命令轉(zhuǎn)動角速度和角速度估計器的輸出值，互相獨立地指令輸入三相感應(yīng)電機定子每一相的交流電流的扭矩電流分量和激發(fā)電流分量。因此改變每一相初級交流電流的大小和頻率以控制三相感應(yīng)電機的轉(zhuǎn)動角速度。
按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種洗衣機，其特征在于進一步包括測試操作裝置，用來確定三相感應(yīng)電機的命令轉(zhuǎn)動角速度與角速度估計器輸出值之差與預(yù)定測試操作常數(shù)的乘積作為上述扭矩電流分量。通過將同一乘積作為命令值輸入三相感應(yīng)電機進行測試操作。衣物量估計裝置也包括在內(nèi)以根據(jù)測試操作期間角速度估計器的輸出估計衣物量。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種洗衣機，其特征在于包括驅(qū)動滾筒用的電機和控制電機轉(zhuǎn)動角速度的控制器。它進一步包括測試操作控制器，用來通過施加保持恒定電機旋轉(zhuǎn)角速度的命令角速度進行測試操作；以及衣物量估計器，用來根據(jù)測試操作期間電機的輸出扭矩估計衣物量。
當驅(qū)動電機以響應(yīng)于此恒定旋轉(zhuǎn)角速度的命令角速度時，電機的輸出扭矩根據(jù)負載變化。例如在較大負載下，增加輸出扭矩。因此可以根據(jù)輸出扭矩估計滾筒中的衣物量。
按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種洗衣機，其特征在于包括驅(qū)動滾筒用的電機；控制電機旋轉(zhuǎn)角速度的控制器；測試操作控制器，用來通過以預(yù)先確定的恒定旋轉(zhuǎn)角速度旋轉(zhuǎn)電機進行測試操作。它進一步包含不平衡量估計器，用來根據(jù)測試操作期間電機的輸出扭矩估計附著在滾筒內(nèi)壁上的衣物不平衡分布引起的滾筒內(nèi)不平衡量。
電機以預(yù)先確定的旋轉(zhuǎn)角速度旋轉(zhuǎn)并且滾筒由此以預(yù)先確定的恒定旋轉(zhuǎn)角速度轉(zhuǎn)動，而衣物在滾筒內(nèi)呈現(xiàn)不均勻分布。因此電機的輸出扭矩隨轉(zhuǎn)動同步變化。通過確定輸出扭矩的改變量，可以估計出滾筒的不平衡量。
按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種洗衣機，其特征在于包含角速度估計器，用來根據(jù)施加在三相感應(yīng)電機定子上的初級交流電流值和初級交流電壓值中的至少一個并且根據(jù)對于三相感應(yīng)電機是唯一的常數(shù)估計驅(qū)動滾筒或者安裝在滾筒內(nèi)的攪拌器的三相感應(yīng)電機的旋轉(zhuǎn)角速度。角速度根據(jù)三相感應(yīng)電機的命令旋轉(zhuǎn)角速度和角速度估計器的輸出值估計。根據(jù)估計的角速度值，互相獨立地指令施加在三相感應(yīng)電機定子上的初級交流電流的扭矩電流分量和激發(fā)電流分量。因此通過改變每個初級交流電流的大小和頻率控制三相感應(yīng)電機的旋轉(zhuǎn)角速度，從而生產(chǎn)出價格低廉、性能出色的洗衣機。
按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種洗衣機，其特征在于進一步包括測試操作控制器，用來響應(yīng)表示上述扭矩電流分量的命令對三相感應(yīng)電機進行測試操作，扭矩電流分量等于三相感應(yīng)電機命令旋轉(zhuǎn)角速度與角速度估計器輸出之差與預(yù)先確定的測試操作常數(shù)的乘積。它進一步包含衣物量估計器，并且根據(jù)測試操作期間角速度估計器的輸出估計衣物量，從而可以使洗衣機能夠精確估計衣物量。
按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種洗衣機，其特征在于包括驅(qū)動滾筒用的電機；控制電機旋轉(zhuǎn)角速度的控制器；響應(yīng)與電機恒定角加速度有關(guān)的命令角速度進行電機測試操作的測試操作控制器。衣物量估計器包含在其中以用來根據(jù)測試操作期間的電機輸出扭矩估計衣物量，從而使洗衣機能夠方便而精確地估計出衣物量。
按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種洗衣機，其特征在于包括驅(qū)動滾筒用的電機；控制電機旋轉(zhuǎn)角速度的控制器；進行測試操作以使電機旋轉(zhuǎn)角速度為預(yù)先確定的恒定值的測試操作控制器。不平衡量估計器包含在其中以用來根據(jù)測試操作期間的電機輸出扭矩估計滾筒內(nèi)緊貼在滾筒上衣物分布不均引起的不平衡量，從而使洗衣機能夠精確地估計出滾筒不平衡量。


圖1為按照本發(fā)明第一實施例的洗衣機結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為按照本發(fā)明第二實施例的洗衣機結(jié)構(gòu)框圖。
圖3為按照本發(fā)明第三實施例的洗衣機結(jié)構(gòu)框圖。
圖4為按照本發(fā)明第四實施例的洗衣機結(jié)構(gòu)框圖。
圖5為按照本發(fā)明第四實施例的命令旋轉(zhuǎn)角速度與時間之間關(guān)系的曲線圖。
圖6為按照本發(fā)明第五實施例的洗衣機結(jié)構(gòu)框圖。
圖7為按照本發(fā)明第六實施例的洗衣機結(jié)構(gòu)框圖。
圖8為按照本發(fā)明第七實施例的洗衣機結(jié)構(gòu)框圖。
圖9為按照本發(fā)明的三相感應(yīng)電機溫度升高實例的操作時間與溫度之間關(guān)系的曲線圖。
圖10為按照本發(fā)明第八實施例的洗衣機結(jié)構(gòu)框圖。
圖11A為表示估計衣物量時命令旋轉(zhuǎn)角速度的波形圖，而圖11B為表示估計衣物量時旋轉(zhuǎn)輸出扭矩的波形圖。
圖12為表示衣物量與輸出扭矩差之間關(guān)系的曲線圖。
圖13為按照本發(fā)明第九實施例的洗衣機結(jié)構(gòu)框圖。
圖14為按照本發(fā)明第十實施例的洗衣機結(jié)構(gòu)框圖。
圖15為表示滾筒不平衡狀態(tài)的前視圖。
圖16為表示滾筒不平衡狀態(tài)下輸出扭矩的波形圖。
圖17為表示不平衡量與扭矩變化之間關(guān)系的曲線圖。
圖18為按照本發(fā)明第十一實施例的洗衣機結(jié)構(gòu)框圖。
圖19為按照本發(fā)明第十二實施例的滾筒結(jié)構(gòu)框圖。
圖20為按照本發(fā)明第十三實施例的滾筒結(jié)構(gòu)框圖。
圖21為按照本發(fā)明第十三實施例的洗衣機結(jié)構(gòu)框圖。
以下借助圖1-21描述本發(fā)明的較佳實施例。在表示電流的每個符號的右上角上的記號*代表命令值。沒有記號*的物理量符號表示實際值。帶有前綴“e”的物理量表示估計值。
(第一實施例)圖1為按照本發(fā)明第一實施例的洗衣機的結(jié)構(gòu)框圖。
在圖1中，三相感應(yīng)電機100的轉(zhuǎn)軸100A通過傳遞機構(gòu)106與布局在洗滌和脫水用滾筒104內(nèi)的攪拌器102的轉(zhuǎn)軸102A耦合。提供指示三相感應(yīng)電機旋轉(zhuǎn)角速度的命令旋轉(zhuǎn)角速度ωm*的角速度控制器110的輸出端與轉(zhuǎn)差頻率計算器112和旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的輸入端相連。轉(zhuǎn)差頻率計算器112和旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的其它輸入端提供有命令激發(fā)電流Ild*。旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的兩個輸出端分別與兩相/三相轉(zhuǎn)換器120的兩個輸入端相連。兩相/三相轉(zhuǎn)換器120的三個輸出端分別與電流控制器122的三個輸入端相連。
電流控制器122的三個輸出端分別與PWM反相器124的三個輸入端相連，并且PWM反相器124的三個輸出端與三相感應(yīng)電機100相連。PWM反相器124的兩個輸入端通過轉(zhuǎn)換器130與單相100伏交流電源相連。電流檢測器126a、126b和126c在PWM反相器124與三相感應(yīng)電機100之間分別提供三條連接線。電流檢測器126a、126b和126c的輸出端分別與電流控制器122的三個控制輸入端相連。
三相感應(yīng)電機100包括檢測旋轉(zhuǎn)角速度的角速度檢測器128。角速度檢測器128的輸出端與角速度控制器110的控制輸入端和放大器115的輸入端相連。放大器115的輸出端與加法器114的輸入端相連。加法器114的另一輸入端與轉(zhuǎn)差頻率計算器112的輸出端相連。加法器114的輸出端與積分器116的輸入端相連。積分器116的輸出端與旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的另一輸入端相連。
以下借助圖1描述上述結(jié)構(gòu)的洗衣機的操作。
衣物通過安裝在滾筒104內(nèi)的攪拌器102轉(zhuǎn)動進行清洗，攪拌器102通過傳送機構(gòu)106由三相感應(yīng)電機驅(qū)動。
通常情況下，三相感應(yīng)電機可以視為在兩相/三相轉(zhuǎn)換后構(gòu)成兩相感應(yīng)電機的兩相模型。兩相感應(yīng)電機的基本方程用表達式(1)表示v1dv1q00=α0β00α0βγ0δρωm0γ-ρωmδi1di1qψ2dψ2q----------(1)]]>α=R1+L1L2-M2L2ddt]]>β=ML2ddt]]>γ=-R2ML2]]>δ=R2L2+ddt]]>這里ild、ilq為流入構(gòu)成初級側(cè)定子的d軸電流和與d軸相位差為90度的q軸電流，而Vld、Vlq分別為d軸電壓和與d軸相位差90度的q軸電壓。ψ2d、ψ2q分別為次級側(cè)d軸和q軸的次級磁通量。而且Rj、Lj(j1或2)分別為j次側(cè)的電阻和電感。M為互感，ωm為電機的旋轉(zhuǎn)角速度，而p為提供電機N和S次級的次級對數(shù)。
正如在直流電機的角速度控制中那樣，角速度控制器110根據(jù)方程(2)例如從命令旋轉(zhuǎn)角速度ωm*和角速度檢測器128檢測到的旋轉(zhuǎn)角速度ωm確定定義用于產(chǎn)生扭矩的扭矩電流的命令扭矩電流Ilq*。Ilq*=Kis∫0t(ωm*-ωm)dt-Kps·ωm-----(2)]]>這里Kps、Kis為角速度控制增益，它們提供的常數(shù)使得實現(xiàn)所需的響應(yīng)特性。
感應(yīng)電機缺少永磁鐵。為了產(chǎn)生與永磁鐵對應(yīng)的磁場，根據(jù)命令激發(fā)電流Iid*提供預(yù)定的激發(fā)電流。而且轉(zhuǎn)差頻率計算器112利用命令激發(fā)電流Iid*和命令扭矩電流Iiq*，按照方程(3)計算空轉(zhuǎn)角速度ωs。ωs=L2R2·I1q*I1d*---------(3)]]>三相感應(yīng)電機的旋轉(zhuǎn)角速度ωm與次級對數(shù)的乘積由放大器115確定，并且該乘積在加法器114中被加入空轉(zhuǎn)角速度ωs。如圖4所示，加法的結(jié)果被積分器116積分從而如方程(4)確定電學相位角θo。θ0=∫0tω0dt=∫0t(ρ·ωm+ωs)dt---(4)]]>而且與永磁鐵的情況一樣，旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118利用命令激發(fā)電流Iid*、命令扭矩電流Iiq*和電學相位角θo如方程(5)那樣計算。i1d*i1q*=cosθ0-sinθ0sinθ0cosθ0I1d*I1q*------(5)]]>由此命令激發(fā)電流Iid*和命令扭矩電流Iiq*和被轉(zhuǎn)換為表示相位差為90度的兩相電流的命令初級交流電流iid*、ilq*。隨后命令初級交流電流iid*、ilq*被根據(jù)方程(6)轉(zhuǎn)為表示三相電流的命令初級交流電流iia*、ilb*、iic*。i1a*i1b*i1c*=2310-1232-12-32i1d*i1q*------(6)]]>一旦提供了與這些命令電流一致的電流，就可以實現(xiàn)與直流電機同樣性能的三相感應(yīng)電機。
以下描述電流控制器122的操作。實際的初級交流電流iia、ilb、iic通過反饋方式控制使得分別跟隨初級交流電流iia*、ilb*、iic*。在該過程中，實際的初級交流電流分別由電流檢測器126a、126b、126c檢測，并且在作出方程(7)所示的計算之后輸出命令電壓Vlz(Za，b，或c)。V1z=Kic∫0t(i1z*-i1z)dt-Kpc·(i1z*-i1z)--(7)]]>這里Kpc、Kic為設(shè)定為跟隨命令值的常數(shù)的電流控制增益。根據(jù)脈寬對應(yīng)從電流控制器122提供控制信號的命令電壓Vlz的信號，PWM反相器124通過開關(guān)內(nèi)部晶體管由轉(zhuǎn)換器130控制商用電源產(chǎn)生的直流電壓。由此在三相感應(yīng)電機100上施加所需的電壓和電流。
這里如方程(8)所示，輸送到三相感應(yīng)電機100上的三相初級交流電流iia、ilb、iic之和為零。
iia＋ilb＋ic＝0(8)為了檢測初級交流電流，檢測三相中的兩相電流，并且可以從檢測到的兩相電流計算出余下一相的電流。上述操作可以將輸送到三相感應(yīng)電機上的初級交流電流控制為所需命令值，從而使得三相感應(yīng)電機的旋轉(zhuǎn)角速度可以控制為所需的角速度。
上述控制系統(tǒng)改善了包括啟動時三相感應(yīng)電機扭矩特性在內(nèi)的控制能力，并且獲得了與直流電機同樣出色的控制能力。因此方便地實現(xiàn)了能夠以所需旋轉(zhuǎn)角速度一次清洗大量衣物的洗衣機。
按照第一實施例，闡述了一個為電流控制而檢測電流的實例。作為替代，可以通過從對于三相感應(yīng)電機是唯一的常數(shù)和基本方程(1)估計電流來控制電壓。
而且，雖然示出的洗衣機實例是利用三相感應(yīng)電機轉(zhuǎn)動攪拌器來清洗衣物的，但是第一實施例用于滾筒型洗衣機(例如不用攪拌器而直接轉(zhuǎn)動滾筒)也可以得到同樣的效果。
按照第一實施例，需要諸如編碼器之類的角速度檢測器來檢測三相感應(yīng)電機的旋轉(zhuǎn)角速度。以下借助采用三相感應(yīng)電機的控制器的洗衣機來闡述本發(fā)明的第二實施例，即使不用角速度檢測器它也可以得到與這類電機同樣的控制能力。以下借助圖2描述按照本發(fā)明第二實施例的洗衣機。
圖2為按照本發(fā)明第二實施例的洗衣機的結(jié)構(gòu)框圖。
在圖2中，三相感應(yīng)電機100的轉(zhuǎn)軸100A與傳遞機構(gòu)106耦合從而驅(qū)動布局在滾筒104內(nèi)的攪拌器102的轉(zhuǎn)軸102A。提供命令旋轉(zhuǎn)角速度ωm*的角速度控制器110的輸出端與轉(zhuǎn)差頻率計算器112和旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的輸入端相連。轉(zhuǎn)差頻率計算器112和旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的其它輸入端提供有命令激發(fā)電流Ild*。
旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的兩個輸出端與兩相/三相轉(zhuǎn)換器120的輸入端相連，并且兩相/三相轉(zhuǎn)換器120的三個輸出端分別與電流控制器122的三個輸入端相連。電流控制器122的三個輸出端分別與PWM反相器124的三個輸入端相連。PWM反相器124的三個輸出端與三相感應(yīng)電機100相連。PWM反相器124的兩個輸入端通過轉(zhuǎn)換器130與單相100伏交流電源相連。
電流檢測器126a、126b和126c在PWM反相器124與三相感應(yīng)電機100之間分別提供三條連接線。電流檢測器126a、126b和126c的輸出端分別與電流控制器122的三個控制輸入端相連。電流檢測器126a、126b和126c的輸出端還分別與兩相/三相轉(zhuǎn)換器220的三個輸入端相連。兩相/三相轉(zhuǎn)換器220的兩個輸出端與次級磁通量估計器224的兩個輸入端相連。而且兩相/三相轉(zhuǎn)換器220的兩個輸出端的其中一個與第一角速度估計器226的輸入端相連，并且其它輸出端與第二角速度估計器228的輸入端相連。
電流控制器122的三個輸出端分別與兩相/三相轉(zhuǎn)換器222的三個輸入端相連。兩相/三相轉(zhuǎn)換器222的兩個輸出端分別與次級磁通量估計器224的另兩個輸入端相連。次級磁通量估計器224的兩個輸出端與第一角速度估計器226的其它兩個輸入端相連。次級磁通量估計器224的其它兩個輸出端分別與第二角速度估計器228的其它兩個輸入端相連。第一角速度估計器226和第二角速度估計器228的輸出端分別與估計角速度開關(guān)230的兩個觸點相連。估計角速度開關(guān)230的公共觸點與放大器115和角速度控制器110的輸入端相連。
放大器115的輸出端與加法器114的輸入端之一相連。加法器114的另一輸入端與轉(zhuǎn)差頻率計算器112的輸出端相連。加法器114的輸出端與積分器116的輸入端相連。積分器116的輸出端與旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的另一輸入端相連。
以下借助圖2描述上述結(jié)構(gòu)的洗衣機的操作。
衣物通過安裝在滾筒104內(nèi)的攪拌器102轉(zhuǎn)動進行清洗，攪拌器102通過傳送機構(gòu)106由三相感應(yīng)電機驅(qū)動。
轉(zhuǎn)差頻率計算器112、加法器114、放大器115、積分器116、旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118、兩相/三相轉(zhuǎn)換器120、電流控制器122、PWM反相器124和轉(zhuǎn)換器130與第一實施例的相應(yīng)單元相同，所以不再贅述。角速度控制器110根據(jù)方程(9)例如從三相感應(yīng)電機的命令旋轉(zhuǎn)角速度ωm*和角速度估計器200輸出的估計旋轉(zhuǎn)角速度ωme確定命令扭矩電流Ilq*。I1q*=Kis∫0t(ωm*-ωme)dt-Kps·ωme---(9)]]>這里Kps、Kis為角速度控制增益，它們提供的常數(shù)使得實現(xiàn)所需的響應(yīng)特性。一旦正確估計出角速度，如同在第一實施例那樣，可以實現(xiàn)與直流電機等效的控制能力。
以下闡述估計三相感應(yīng)電機旋轉(zhuǎn)角速度的實例操作。
兩相/三相轉(zhuǎn)換器220利用方程(10)將電流檢測器126a、126b、126c的檢測輸出iia、ilb、iic轉(zhuǎn)換為兩相交流電流iid、ilq。i1di1q=23--12-12032-32i1ai1bi1c-----(10)]]>隨后，其它兩相/三相轉(zhuǎn)換器222將利用方程(11)將三相電壓Vlz(Za，b，或c)轉(zhuǎn)換為兩相交流電壓Vid、Vlq。v1dv1q=231-12-12032-32v1av1bv1c----------(11)]]>利用方程(12)和(13)，通過次級磁通量估計器224可以從這些兩相交流電流和兩相交流電壓中估計出次級磁通量ψ2d、ψ2q。ψ2d=L2M∫0t(v1d-R1i1d)dt-L1L2-M2Mi1d]]>(12)ψ2q=L2M∫0t(v1q-R1i1q)dt-L1L2-M2Mi1q]]>(13)從兩相模型的三相感應(yīng)電機的基本方程(1)得到下來兩個方程以估計三相感應(yīng)電機的旋轉(zhuǎn)角速度ωme。ωme=1ψ2q(R2L2M·i1d-R2L2ψ2d-ddtψ2d)]]>(14)ωme=1ψ2d(-R2L2M·i1q+R2L2ψ2q+ddtψ2q)]]>(15)在這兩個方程中，分母可以在估計精度鄰近變差時取值為零。但是在三相感應(yīng)電機被驅(qū)動的狀態(tài)下，代表方程(14)分母的次級磁通量ψ2q和代表方程(15)分母的次級磁通量ψ2d以正弦形式變化，相位差為90度。因此分母不會同時為零。
第一角速度估計器226根據(jù)方程(14)計算表示分子的估計角速度分子部分。估計角速度分子部分由表示次級磁通量ψ2q的分母相除以估計三相感應(yīng)電機的旋轉(zhuǎn)角速度。隨后，第二角速度估計器228根據(jù)方程(15)計算表示分子的估計角速度分子部分。估計角速度分子部分由表示次級磁通量ψ2d的分母相除以估計三相感應(yīng)電機的旋轉(zhuǎn)角速度。隨后測量次級磁通量ψ2d、ψ2q的大小并且由角速度開關(guān)230選定分母不接近零的一個。因此可以始終精確估計三相感應(yīng)電機的旋轉(zhuǎn)角速度。
在上述方法中，與第一實施例不同，不用角速度檢測器128就可以產(chǎn)生速度從低到高的大扭矩。這樣可以方便地實現(xiàn)清洗大量衣物的洗衣機。
兩相/三相轉(zhuǎn)換器120構(gòu)成三相命令初級交流電流，并且在電流控制器122內(nèi)三相初級交流電流與三相命令初級電流比較，從而控制三相初級交流電流。在另一種方法中，電流檢測器126a、126b、126c檢測的三相初級交流電流在兩相/三相轉(zhuǎn)換器220處被轉(zhuǎn)換為兩相初級交流電流。在施加到兩相/三相轉(zhuǎn)換器120之前，該兩相電流與兩相命令初級交流電流比較。根據(jù)比較結(jié)果控制電流并且可以通過兩相/三相轉(zhuǎn)換器將兩相命令電壓轉(zhuǎn)換為三相命令電壓。
而且按照第二實施例，采用命令電壓代替實際電壓。這樣的優(yōu)點是省去了電壓檢測器。在這種情況下，如果PWM反相器124開啟時時間延遲等影響得到校正則命令電壓的精度得到進一步改善。
第二實施例示出了利用三相感應(yīng)電機轉(zhuǎn)動攪拌器來清洗衣物的洗衣機。該實施例同樣可以用于滾筒型洗衣機(例如不用攪拌器而直接轉(zhuǎn)動滾筒)也可以得到同樣的效果。在第一和第二實施例中，按照與三相感應(yīng)電機中包含永磁鐵時同樣的方式將產(chǎn)生磁場的激發(fā)電流控制在恒定的水平。但是為了獲取高速旋轉(zhuǎn)下的大扭矩，需要升高激發(fā)電流，并且需要較高直流電壓。商用電源確定的轉(zhuǎn)換器130輸出直流電壓是有一定大小的。
作為本發(fā)明第三實施例，闡述的洗衣機包含用于三相感應(yīng)電機的控制器，即使在脫水等高速旋轉(zhuǎn)情況下利用商用電壓也可以產(chǎn)生較大的扭矩。
以下借助圖3描述按照本發(fā)明第三實施例的洗衣機。圖3為按照本發(fā)明第三實施例的洗衣機的框圖。
在圖3中，三相感應(yīng)電機100的轉(zhuǎn)軸100A通過傳遞機構(gòu)106與布局在滾筒104內(nèi)攪拌器102的轉(zhuǎn)軸102A耦合。提供命令旋轉(zhuǎn)角速度ωm*的角速度控制器110的輸出端與轉(zhuǎn)差頻率計算器112和旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的輸入端相連。激發(fā)電流轉(zhuǎn)換器300的輸入端與角速度控制器110的輸入端相連。
轉(zhuǎn)差頻率計算器112和旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的其它輸入端與激發(fā)電流轉(zhuǎn)換器300的輸出端相連。旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的兩個輸出端與兩相/三相轉(zhuǎn)換器120的輸入端相連。兩相/三相轉(zhuǎn)換器120的三個輸出端分別與PWM反相器124的三個輸入端相連。PWM反相器124的三個輸出端與三相感應(yīng)電機100相連。PWM反相器124的兩個輸入端通過轉(zhuǎn)換器130與單相100伏交流電源相連。電流檢測器126a、126b和126c在PWM反相器124與三相感應(yīng)電機100之間分別提供三條連接線。電流檢測器126a、126b和126c的輸出端分別與電流控制器122的三個控制輸入端相連，并且還分別與角速度估計器200的三個輸入端相連。
角速度估計器200的輸出端與放大器115的輸入端和角速度控制器的輸入端相連。放大器115的輸出端與加法器114的輸入端相連。加法器114的另一輸入端與轉(zhuǎn)差頻率計算器112的輸出端相連。加法器114的輸出端與積分器116的輸入端相連。積分器116的輸出端與旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的另一輸入端相連。
以下借助圖3描述上述結(jié)構(gòu)的洗衣機的操作。
在第三實施例中，衣物通過安裝在滾筒104內(nèi)的攪拌器102轉(zhuǎn)動進行清洗，攪拌器102通過傳送機構(gòu)106由三相感應(yīng)電機驅(qū)動。
角速度控制器110、轉(zhuǎn)差頻率計算器112、加法器114、放大器115、積分器116、旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118、兩相/三相轉(zhuǎn)換器120、電流控制器122、PWM反相器124、轉(zhuǎn)換器130和角速度估計器200與第二實施例的相應(yīng)單元相同，所以不再贅述。
在本實施例中，洗衣機進一步包括用命令旋轉(zhuǎn)角速度ωm*供給的激發(fā)電流轉(zhuǎn)換器300提供用于輸出命令激發(fā)電流Iid*。如果三相感應(yīng)電機如在脫水時那樣高速驅(qū)動，則電流控制器122輸出的初級交流電壓的最大控制值超過了由電壓源確定的轉(zhuǎn)換器130輸出的直流輸出電壓。為此，所需的扭矩無法產(chǎn)生并且電機的旋轉(zhuǎn)角速度降低。
因此在脫水時，與洗滌時較低旋轉(zhuǎn)角速度相比命令激發(fā)電流降低。結(jié)果，即使在高速下也可以產(chǎn)生較大的扭矩，從而改善了脫水能力。
雖然第三實施例示出了利用三相感應(yīng)電機轉(zhuǎn)動攪拌器來清洗衣物的洗衣機，但是該實施例同樣可以用于滾筒型洗衣機(例如不用攪拌器而直接轉(zhuǎn)動滾筒)并得到同樣的效果。在以電源頻率確定的預(yù)定角速度下工作的單相感應(yīng)電機中，無法改變旋轉(zhuǎn)角速度的上升特性。
為此在第四實施例中將闡述一種洗衣機，它通過減輕攪拌器開始旋轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時的振動來實現(xiàn)小振動和低噪聲工作。
以下借助圖4描述本發(fā)明第四實施例的洗衣機。
圖4為按照本發(fā)明第四實施例的洗衣機的框圖。
在圖4中，三相感應(yīng)電機100的轉(zhuǎn)軸100A通過傳遞機構(gòu)106與布局在滾筒104內(nèi)的攪拌器102的轉(zhuǎn)軸102A耦合。命令角速度發(fā)生器320的輸出端與角速度控制器的輸入端110相連，并且命令旋轉(zhuǎn)角速度ωm*被提供給角速度控制器110。角速度控制器110的輸出端與轉(zhuǎn)差頻率計算器112和旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的輸入端相連。轉(zhuǎn)差頻率計算器112和旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的其它輸入端被提供命令激發(fā)電流Ild*。
旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的兩個輸出端與兩相/三相轉(zhuǎn)換器120的輸入端相連。兩相/三相轉(zhuǎn)換器120的三個輸出端分別電流控制器122的三個輸入端相連。電流控制器122的三個輸出端分別與PWM反相器124的三個輸入端相連并且與角速度估計器200的三個輸入端相連。PWM反相器124的三個輸出端與三相感應(yīng)電機100相連。PWM反相器124的兩個輸入端通過轉(zhuǎn)換器130與單相100伏交流電源相連。
電流檢測器126a、126b和126c在PWM反相器124與三相感應(yīng)電機100之間分別提供三條連接線。電流檢測器126a、126b和126c的輸出端分別與電流控制器122的三個控制輸入端相連，并且還分別與角速度估計器200的三個輸入端相連。
角速度估計器200的輸出端與放大器115的輸入端和角速度控制器的其它輸入端相連。放大器115的輸出端與加法器114的輸入端相連。加法器114的另一輸入端與轉(zhuǎn)差頻率計算器112的輸出端相連。加法器114的輸出端與積分器116的輸入端相連。積分器116的輸出端與旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的另一輸入端相連。
以下借助圖4和5描述上述結(jié)構(gòu)的洗衣機的操作。
在第四實施例中，衣物通過安裝在滾筒104內(nèi)的攪拌器102轉(zhuǎn)動進行清洗，滾筒104透過傳送機構(gòu)106由三相感應(yīng)電機驅(qū)動。
角速度控制器110、轉(zhuǎn)差頻率計算器112、加法器114、放大器115、積分器116、旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118、兩相/三相轉(zhuǎn)換器120、電流控制器122、PWM反相器124、轉(zhuǎn)換器130和角速度估計器200與第三實施例的相應(yīng)單元相同，所以不再贅述。
假定階躍變化的命令旋轉(zhuǎn)角速度ωm*施加在攪拌器102以恒定角速度旋轉(zhuǎn)的普通洗衣機中三相感應(yīng)電機上，則由于角速度控制增益確定的瞬時響應(yīng)，洗衣機在運行中出現(xiàn)沖擊。因此為了單調(diào)和平穩(wěn)而非突變地提高旋轉(zhuǎn)角速度，角速度控制增益必須設(shè)定在較低水平上。但是由于角速度控制增益較低，所以當衣物被攪拌器纏繞時抗干擾特性變差。另一個問題是上升時間根據(jù)衣物量大小變化。因此命令旋轉(zhuǎn)角速度ωm*(t)由代表圖5的曲線的方程(16)表示的三階時間函數(shù)來設(shè)ωm*(t)＝ωmT·(-2τT3＋3τT2)ιT=tT-------(16)]]>這里T表示上升時間，而ωmT表示目標旋轉(zhuǎn)角速度。命令扭矩電流Ilq*利用估計角速度ωme在方程(17)中給定。I1q*=Kis∫0t(ωm*(t)-ωme)dt-Kps·ωme]]>(17)因此可以實現(xiàn)所需的瞬時響應(yīng)特性，并且可以實現(xiàn)在啟動操作和反轉(zhuǎn)操作時沒有振動的小振動和低噪聲洗衣機。
雖然在本實施例中命令旋轉(zhuǎn)角速度ωm*(t)由三階時間函數(shù)給定，但是也可以采用諸如正弦函數(shù)或者多個函數(shù)組合的連續(xù)函數(shù)。
在第四實施例中示出了利用三相感應(yīng)電機轉(zhuǎn)動攪拌器來清洗衣物的洗衣機。但是該實施例同樣可以用于滾筒型洗衣機(例如不用攪拌器而直接轉(zhuǎn)動滾筒)并得到同樣的效果。在洗滌過程中，如果根據(jù)衣物量提供合適的水量，則解決了洗滌不充分的問題或者節(jié)約了用水。為此，必須在放水前精確估計衣物量(例如重量)。
作為本發(fā)明第五實施例，以下闡述一種洗衣機，它可以通過在放水前測試旋轉(zhuǎn)攪拌器來精確估計衣物量。
圖6為按照本發(fā)明第五實施例的洗衣機的框圖。
在圖6中，三相感應(yīng)電機100的轉(zhuǎn)軸100A通過傳遞機構(gòu)106與布局在滾筒104內(nèi)攪拌器102的轉(zhuǎn)軸102A耦合。將提供命令旋轉(zhuǎn)角速度ωm*的角速度控制器110和測試操作控制器400的輸出端與開關(guān)404的兩個開關(guān)觸點相連。開關(guān)404的公共觸點與與轉(zhuǎn)差頻率計算器112和旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的輸入端相連。命令激發(fā)電流Ild*被施加在轉(zhuǎn)差頻率計算器112和旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的其它輸入端。旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的兩個輸出端與兩相/三相轉(zhuǎn)換器120的輸入端相連。兩相/三相轉(zhuǎn)換器120的三個輸出端分別電流控制器122的三個輸入端相連。電流控制器122的三個輸出端分別與PWM反相器124的三個輸入端相連。PWM反相器124的三個輸出端與三相感應(yīng)電機100相連。PWM反相器124的兩個輸入端通過轉(zhuǎn)換器130與單相100伏交流電源相連。
電流檢測器126a、126b和126c在PWM反相器124與三相感應(yīng)電機100之間分別提供三條連接線。電流檢測器126a、126b和126c的輸出端分別與電流控制器122的三個控制輸入端相連，并且還分別與角速度估計器200的三個輸入端相連。
角速度估計器200的輸出端與放大器115的輸入端、角速度控制器110、測試操作控制器400和衣物量估計器402的輸入端相連。放大器115的輸出端與加法器114的輸入端相連。加法器114的另一輸入端與轉(zhuǎn)差頻率計算器112的輸出端相連。加法器114的輸出端與積分器116的輸入端相連。積分器116的輸出端與旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的另一輸入端相連。衣物量估計器402的輸出端與調(diào)節(jié)滾筒104內(nèi)水量的水平面調(diào)節(jié)器412的輸入端相連。
以下借助圖6描述上述結(jié)構(gòu)的洗衣機的操作。
在估計衣物量過程中，與洗滌衣物一樣，安裝在滾筒104內(nèi)的攪拌器由三相感應(yīng)電機100通過傳送機構(gòu)106測試操作。例如可以在水放入滾筒104內(nèi)后進行估計。但是這種方法的缺點是用戶必須等到水放完之后才可以進行估計。因此需要在放水前進行估計。但是當攪拌器在放水前與洗滌時一樣旋轉(zhuǎn)，則由于不必要的提升和翻滾衣物或者衣物掛在攪拌器102上，估計精度變差。特別是在瞬時響應(yīng)期間，衣物纏繞的效應(yīng)變得更加突出并且估計精度進一步變差。
在為估計衣物量進行測試操作之前，第一步是將開關(guān)404切換到測試操作控制器400。為了便于估計衣物量，測試操作控制器400根據(jù)三相感應(yīng)電機的命令旋轉(zhuǎn)角速度ωm*和角速度估計器200輸出的估計角速度ωme控制方程(18)表示的命令扭矩電流Ilq*。
Ilq*＝Kps·(ωm*－ωme)(18)這里Kps為角速度控制增益。轉(zhuǎn)差頻率計算器112、加法器114、放大器115、積分器116、旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118、兩相/三相轉(zhuǎn)換器120、電流控制器122、PWM反相器124、轉(zhuǎn)換器130和角速度估計器200與第二實施例的相應(yīng)單元相同，所以不再贅述。
對于命令扭矩電流Ilq*由方程(18)給定的情形(與洗滌不同，不包括積分項)。因此三相感應(yīng)電機的旋轉(zhuǎn)角速度隨著作為負載的衣物量的增加而降低。因此衣物量可以容易地從角速度估計器200輸出的估計角速度大小估計出來。
如果衣物量被劃分為五段范圍，則衣物量估計器402通過測試將估計角速度ωme和閾值ω1-ω4劃分為方程(19)、(20)、(21)、(22)和(23)以作比較。
｜ωme｜≥ω1(衣物量非常少) (19)ω2 ≤｜ωme｜＜ω1(衣物量較少)(20)
ω3≤｜ωme｜＜ω2 (衣物量中等)(21)ω4 ≤｜ωme｜＜ω3(衣物量較多)(22)｜ωme｜＜ω4 (衣物量很多)(23)方程(18)中的控制增益Kps比較好的是設(shè)定使得在衣物量最大時三相感應(yīng)電機的旋轉(zhuǎn)角速度足夠低。而且命令旋轉(zhuǎn)角速度ωm*應(yīng)該設(shè)定得不高于洗滌時的角速度。否則旋轉(zhuǎn)角速度增加過大以致衣物集攏的可能性增大。
在估計出衣物之后，水平面調(diào)節(jié)器412根據(jù)估計的衣物量決定滾筒104內(nèi)的放水量。隨后開關(guān)404切換至角速度控制器110并且按照第二實施例的方式進行洗滌。
在本實施例中，衣物量從估計角速度的大小得到。估計角速度相對衣物量的增加變化更大。為了避免這種不便，測試操作要進行多次，并且可以采用估計角速度中最終的變化來估計衣物量。
而且代之以在本實施例中從估計角速度的大小估計衣物量，可以如在下述方法中那樣采用扭矩電流分量來估計。
首先為了便于在估計衣物量的測試操作中估計衣物量，測試操作控制器400與在角速度控制器110中一樣從下面的方程(24)給出命令扭矩電流Ilq*。命令扭矩電流Ilq*基于三相感應(yīng)電機的命令旋轉(zhuǎn)角速度ωm*和角速度估計器200輸出的估計角速度ωme。I1q*=KK∫0t(ωm*-ωme)dt-KpL·ωme----(24)]]>這里KpL、KiL為角速度控制增益。方程(24)包含角速度誤差積分項。因此，當命令扭矩電流Ilq*由方程(24)給定時，命令扭矩電流繼續(xù)增加直到估計角速度遵從命令旋轉(zhuǎn)角速度而不管衣物量的多少。換句話說，命令扭矩電流隨衣物量增加。因此衣物量可以不從估計角速度的大小而是從命令扭矩值容易地得到。
命令扭矩電流的變化根據(jù)方程(3)增加空轉(zhuǎn)角速度，從而增加初級交流電流和初級交流電壓的頻率。因此衣物量也可以從這些因素的頻率大小估計得到。
而且從啟動測試操作到估計角速度接近命令旋轉(zhuǎn)角速度的響應(yīng)時間，即在估計角速度與命令旋轉(zhuǎn)角速度之間誤差進入預(yù)定誤差邊緣之間的響應(yīng)時間隨著衣物量的增加而增大。因此衣物量可以通過測量該響應(yīng)時間來估計。在這種情況下，為了改善衣物量估計精度，可以使角速度控制增益KpL、KiL比洗滌操作時低。
而且衣物量可以通過將命令扭矩電流設(shè)定為預(yù)定常數(shù)并且測量從啟動測試操作到估計角速度到達特定值的時間長度估計出來。在這種情況下，為了改善衣物量的估計精度，命令扭矩電流可以設(shè)定在使扭矩小于正常洗滌時產(chǎn)生的扭矩。估計三相感應(yīng)電機旋轉(zhuǎn)角速度的方程(12)-(15)或者計算空轉(zhuǎn)角速度的方程(3)采用對于三相感應(yīng)電機是唯一的常數(shù)，例如第j側(cè)的電阻Rj、電感Lj和互感M。但是這些對于三相感應(yīng)電機是唯一的常數(shù)受到電機制造因素變化的影響。
對此將闡述按照本發(fā)明第六實施例的洗衣機，它可以通過測量對于三相感應(yīng)電機是唯一的常數(shù)來完成優(yōu)化洗滌操作。
以下借助圖7描述按照本發(fā)明第六實施例的洗衣機。
圖7為按照本發(fā)明第六實施例的洗衣機的框圖。
在圖7中，三相感應(yīng)電機100的轉(zhuǎn)軸100A通過傳遞機構(gòu)106與布局在滾筒104內(nèi)攪拌器102的轉(zhuǎn)軸102A耦合。提供命令旋轉(zhuǎn)角速度ωm*的角速度控制器110的輸出端與轉(zhuǎn)差頻率計算器112和旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的輸入端相連。命令激發(fā)電流Ild*被施加在轉(zhuǎn)差頻率計算器112和旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的其它輸入端。
旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的兩個輸出端與兩相/三相轉(zhuǎn)換器120的輸入端相連。兩相/三相轉(zhuǎn)換器120的三個輸出端分別與三電路開關(guān)452的三個開關(guān)觸點相連。開關(guān)452的其它開關(guān)觸點與常數(shù)測量電流指令器450的三個輸出端相連。開關(guān)452的三個公共觸點與電流控制器122的三個輸入端相連。電流控制器122的三個輸出端分別與PWM反相器124的三個輸入端相連。PWM反相器124的三個輸出端與三相感應(yīng)電機100相連。
PWM反相器124的兩個輸入端通過轉(zhuǎn)換器130與單相100伏交流電源相連。電流控制器122的三個輸出端與三電路開關(guān)456的三個公共觸點相連。電流檢測器126a、126b和126c在PWM反相器124與三相感應(yīng)電機100之間分別提供三條連接線。電流檢測器126a、126b和126c的輸出端一方面分別與電流控制器122的三個控制輸入端相連，另一方面還分別與三電路開關(guān)458的三個公共端相連。每個開關(guān)456、458的三個開關(guān)觸點與角速度估計器200的輸入端相連，其它三個開關(guān)觸點與電機常數(shù)測量裝置454的輸入端相連。
角速度估計器200的輸出端與角速度控制器110和放大器115的輸入端相連。電機常數(shù)測量裝置454的輸出端與轉(zhuǎn)差頻率計算器112和角速度估計器200的輸入端相連。放大器115的輸出端與加法器114的其中一個輸入端相連。加法器114的另一輸入端與轉(zhuǎn)差頻率計算器112的輸出端相連。加法器114的輸出端與積分器116的輸入端相連。積分器116的輸出端與旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的另一輸入端相連。
以下借助圖7描述上述結(jié)構(gòu)的洗衣機的操作。
在本實施例中，衣物通過安裝在滾筒104內(nèi)的攪拌器102轉(zhuǎn)動進行清洗，滾筒104透過傳送機構(gòu)106由三相感應(yīng)電機驅(qū)動。
角速度控制器110、轉(zhuǎn)差頻率計算器112、加法器114、放大器115、積分器116、旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118、兩相/三相轉(zhuǎn)換器120、電流控制器122、PWM反相器124、轉(zhuǎn)換器130和角速度估計器200與第五實施例的相應(yīng)單元相同，所以不再贅述。
以下闡述對于三相感應(yīng)電機是唯一的常數(shù)的測量。
在NationalConvetion Record I.E.E.JAPAN Industry ApplicationSociety，1996，“Method of Measuring Constants of InductionMotor”，pp375-378中描述了對于靜止狀態(tài)下的三相感應(yīng)電機是唯一的常數(shù)的測量方法。在利用該方法測量對于三相感應(yīng)電機時唯一的常數(shù)的過程中，在較短的時間內(nèi)(即幾秒鐘)電流從常數(shù)測量電流指令器450輸送到靜止狀態(tài)的電機以進行測量。因此當電機運行時無法進行測量。
按照第六實施例，在向電機輸送功率或者電機不在供水或脫水時運行時由開關(guān)452將對于電流控制器122的輸入從兩相/三相轉(zhuǎn)換器120切換至常數(shù)測量電流指令器450。而且開關(guān)456和458將電流控制器122的輸出和電流檢測器126a、126b、126c的輸出從角速度估計器220切換至電機常數(shù)測量裝置454。隨后，測量對于三相感應(yīng)電機是唯一的常數(shù)。此后，改變用于轉(zhuǎn)差頻率計算器112和角速度估計器200的對于三相感應(yīng)電機是唯一的常數(shù)。
因此單個電機的制造差別得到了校正。通過測量電機在運行時每次加水或衣服脫水引起的溫度升高可以抑制對于三相感應(yīng)電機是唯一的常數(shù)的差別效應(yīng)。因此可以對洗滌操作進行優(yōu)化。在對于三相感應(yīng)電機是唯一的常數(shù)中，自感和互感在電機操作期間不變化。因此自感和互感數(shù)值一旦測量就可以存儲在電機常數(shù)存儲器中，并且可以利用存儲在電機常數(shù)存儲器中的數(shù)值控制電機。即使預(yù)先知道對于三相感應(yīng)電機是唯一常數(shù)，但三相感應(yīng)電機可能在啟動后因溫度升高而引起電阻Rj的變化。
為了避免上述問題，以下闡述作為第七實施例的洗衣機。在第七實施例中，電阻隨電機溫度升高的變化得到了校正并且總是完成優(yōu)化的洗滌操作。
以下借助圖8描述按照本發(fā)明第七實施例的洗衣機。圖8為按照本發(fā)明第七實施例的洗衣機的框圖。
在圖8中，三相感應(yīng)電機100的轉(zhuǎn)軸100A通過傳遞機構(gòu)106與布局在滾筒104內(nèi)，攪拌器102的轉(zhuǎn)軸102A耦合。提供命令旋轉(zhuǎn)角速度ωm*的角速度控制器110的輸出端與開關(guān)404的其中一個開關(guān)觸點相連。開關(guān)觸點404的其它開關(guān)觸點與提供有命令旋轉(zhuǎn)角速度ωm*的測試操作控制器400輸出端相連。開關(guān)404的公共觸點與轉(zhuǎn)差頻率計算器112和旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的輸入端相連。命令激發(fā)電流Ild*被施加在轉(zhuǎn)差頻率計算器112和旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的其它輸入端。
旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的兩個輸出端與兩相/三相轉(zhuǎn)換器120的輸入端相連。兩相/三相轉(zhuǎn)換器120的三個輸出端與電流控制器122的三個輸入端分別相連。電流控制器122的三個輸出端分別與PWM反相器124的三個輸入端相連，同時又與角速度估計器200的三個輸入端相連。PWM反相器124的三個輸出端與三相感應(yīng)電機100相連。PWM反相器124的兩個輸入端通過轉(zhuǎn)換器130與單相100伏交流電源相連。電流檢測器126a、126b和126c在PWM反相器124與三相感應(yīng)電機100之間分別提供三條連接線。電流檢測器126a、126b和126c的輸出端一方面分別與電流控制器122的三個控制輸入端相連，另一方面還分別與角速度估計器200的三個輸入端相連。
角速度估計器200的輸出端與角速度控制器110、測試操作控制器400、衣物量估計器402和放大器115的輸入端相連。放大器115的輸出端與加法器114的其中一個輸入端相連。加法器114的另一輸入端與轉(zhuǎn)差頻率計算器112的輸出端相連。加法器114的輸出端與積分器116的輸入端相連。積分器116的輸出端與旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的另一輸入端相連。衣物量估計器402的輸出端與電阻值曲線選擇器500的輸入端相連。電阻值曲線選擇器500的輸出端與電阻值補償器504的輸入端相連。電阻值補償器504與定時器502相連。電阻值補償器504的兩個輸出端與控制頻率計算器112和角速度估計器200的輸入端分別相連。
圖9為按照本發(fā)明的三相感應(yīng)電機操作時間和溫度(以衣物量為參數(shù))的曲線圖。
以下借助圖8和9描述上述結(jié)構(gòu)的洗衣機的操作。
在本實施例中，衣物通過安裝在滾筒104內(nèi)的攪拌器102轉(zhuǎn)動進行清洗，通過傳送機構(gòu)106由三相感應(yīng)電機驅(qū)動。
角速度控制器110、轉(zhuǎn)差頻率計算器112、加法器114、放大器115、積分器116、旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118、兩相/兩三相轉(zhuǎn)換器120、電流控制器122、PWM反相器124、轉(zhuǎn)換器130、角速度估計器200、測試操作控制器400、衣物量估計器402和開關(guān)404與第五實施例的相應(yīng)單元相同，所以不再贅述。
在洗滌、漂洗和脫水的實際操作中，如圖9所示，三相感應(yīng)電機的溫度隨衣物量和操作時間升高。隨著溫度的升高，初級電阻R1(定子繞組的電阻)和次級電阻R2(轉(zhuǎn)子繞組的電阻)依賴溫度而變化。根據(jù)衣物量估計器402估計的衣物量，電阻值曲線選擇器500選擇先前測量并且存儲在包含于電阻值曲線選擇器500的ROM內(nèi)的電阻升高曲線。電機的運行時間由定時器502測量。初級電阻R1和次級電阻R2在特定的時刻由電阻值補償器504導出，從而改變轉(zhuǎn)差頻率計算器112和角速度估計器200所用的常數(shù)。因此可以在運行期間抑制因為溫度升高引起的初級和次級電阻的變化效應(yīng)，從而保證優(yōu)化的洗滌條件。
操作時間比衣物量更容易引起溫度的變化。因此僅僅根據(jù)三相感應(yīng)電機的運行時間而不考慮衣物量來改變初級電阻R1和次級電阻R2也是有效的。
圖10為采用按照本發(fā)明第八實施例的三相感應(yīng)電機的洗衣機的框圖。
在圖10中，三相感應(yīng)電機100的轉(zhuǎn)軸100A通過傳遞機構(gòu)106與洗滌、脫水和烘干衣物的滾筒104耦合。輸出指令三相感應(yīng)電機的旋轉(zhuǎn)角速度的命令旋轉(zhuǎn)角速度ωm*用的命令角速度發(fā)生器103的輸出端與角速度控制器110的輸入端相連。角速度控制器110的輸出端與轉(zhuǎn)差頻率計算器112和旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的輸入端相連。命令激發(fā)電流Ild*被施加在轉(zhuǎn)差頻率計算器112和旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的其它輸入端。
旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的兩個輸出端與兩相/三相轉(zhuǎn)換器120的輸入端相連。兩相/三相轉(zhuǎn)換器120的三個輸出端與電流控制器122的三個輸入端分別相連。電流控制器122的三個輸出端分別與PWM反相器124的三個輸入端相連。PWM反相器124的三個輸出端與三相感應(yīng)電機100相連。PWM反相器124的兩個輸入端通過轉(zhuǎn)換器130與單相100伏交流電源相連。
電流檢測器126a、126b和126c在PWM反相器124與三相感應(yīng)電機100之間分別提供三條連接線。電流檢測器126a、126b和126c的輸出端分別與兩相/三相轉(zhuǎn)換器220輸入端相連。兩相/三相轉(zhuǎn)換器220兩個輸出端與次級磁通量估計器224、角速度估計器226和輸出扭矩估計器250相連。電流控制器122的三個輸出端與兩相/三相轉(zhuǎn)換器222的輸入端相連。兩相/三相轉(zhuǎn)換器222的兩個輸出端與次級磁通量估計器224相連。次級磁通量估計器224的輸出端與角速度估計器226和輸出扭矩估計器250相連。角速度估計器226的輸出端與放大器115和角速度控制器110的輸入端相連。輸出扭矩估計器250的輸出端與衣物量估計器252的輸入端相連。
放大器115的輸出端與加法器114的其中一個輸入端相連。加法器114的另一輸入端與轉(zhuǎn)差頻率計算器112的輸出端相連。加法器114的輸出端與積分器116的輸入端相連。積分器116的輸出端與旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的另一輸入端相連。
首先借助圖10描述上述結(jié)構(gòu)的洗衣機的基本操作。在滾筒104內(nèi)的衣物通過旋轉(zhuǎn)滾筒104進行清洗，滾筒104通過傳送機構(gòu)106由三相感應(yīng)電機驅(qū)動。
首先闡述角速度控制單元150的操作。
如上所述，角速度控制單元150包括角速度控制器110、轉(zhuǎn)差頻率計算器112、加法器114、放大器115、積分器116、旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118和兩相/三相轉(zhuǎn)換器120。與直流電機的角速度控制一樣，角速度控制器110根據(jù)例如方程(9)給出命令扭矩電流Ilq*。命令扭矩電流Ilq*由命令角速度發(fā)生器103輸出的三相感應(yīng)電機的命令旋轉(zhuǎn)角速度ωm*和角速度估計器200(用于估計三相感應(yīng)電機的旋轉(zhuǎn)角速度)輸出的估計旋轉(zhuǎn)角速度ωme構(gòu)成。
一旦正確估計出旋轉(zhuǎn)角速度，則可以實現(xiàn)與直流電機同樣的控制能力。由于感應(yīng)電機沒有永磁鐵，所以根據(jù)命令激發(fā)電流Ild*在激發(fā)線圈上施加其產(chǎn)生磁場與永磁鐵等同的預(yù)定激發(fā)電流。轉(zhuǎn)差頻率計算器112根據(jù)方程(3)利用命令激發(fā)電流電流Ild*和命令扭矩電流Ilq*計算轉(zhuǎn)差角速度ωs。
放大器115獲得的實際旋轉(zhuǎn)角速度ωm與三相感應(yīng)電機極對數(shù)p的乘積在加法器114內(nèi)與空轉(zhuǎn)角速度ωs相加。加法結(jié)果由積分器116積分，從而產(chǎn)生方程(4)給定的電學相位角θo。
而且利用旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118，方程(5)利用命令激發(fā)電流電流Ild*、命令扭矩電流Ilq*和電學相位角θ。按照激勵的永磁鐵以一定方向存在的情況計算。
因此命令激發(fā)電流Ild*、命令扭矩電流Ilq*被轉(zhuǎn)換為初級命令交流電流ild*、命令扭矩電流ilq*，它們是相位差為90度的兩相電流。隨后根據(jù)方程(6)，兩相/三相轉(zhuǎn)換器120將初級命令交流電流ild*、命令扭矩電流ilq*轉(zhuǎn)換為表示三相電流的初級命令交流電流ila*、ilb*、ilc*。
只要按照這些命令電流提供電流，就可以由感應(yīng)電機實現(xiàn)與直流電機等價的性能。
以下闡述電流控制器122的操作。在電流控制器122中，通過反饋方式控制實際的初級交流電流ila、ilb、ilc從而分別跟隨初級命令交流電流ila*、ilb*、ilc*。例如實際的初級交流電流由電流檢測器126a、126b、126c檢測并且由根據(jù)方程(7)的計算輸出命令電壓Vlz*(za，b，c)。
PWM反相器124通過晶體管，根據(jù)基于電流控制器122的命令電壓的脈寬開/關(guān)由轉(zhuǎn)換器130的商用電源產(chǎn)生的直流電壓。在這種方式下，施加所需電壓以向三相感應(yīng)電機100提供電流。按照這種方式，施加在三相感應(yīng)電機100的三相初級交流電流ilb、ilb、ilc之和為零，即表示方程(8)所示的關(guān)系。
在電流檢測過程中，檢測三相中任意兩相的電流，并且可以從檢測的兩相電流中計算得到余下的一相電流。在這種方式下，施加在三相感應(yīng)電機上的初級交流電流可以控制為等于所需的命令值，從而可以將三相感應(yīng)電機的旋轉(zhuǎn)角速度控制為所需的角速度。
以下闡述用于估計三相感應(yīng)電機旋轉(zhuǎn)角速度的角速度估計器200。角速度估計器200包括兩相/三相轉(zhuǎn)換器220、兩相/三相轉(zhuǎn)換器222、次級磁通量估計器224和角速度估計器226。兩相/三相轉(zhuǎn)換器220將電流檢測器126a、126b、126c的檢測輸出ila、ilb、ilc轉(zhuǎn)換為如方程(10)中所示的兩相交流電流ild、ilq。另一方面，兩相/三相轉(zhuǎn)換器222將三相命令電壓Vlz*(za，b，c)轉(zhuǎn)換為如方程(11)所示的兩相交流電壓V1d、V1q。
次級磁通量估計器224根據(jù)方程(12)和(13)從最終的兩相交流電流和兩相交流電進行計算以分別估計次級磁通量ψ2d、ψ2q。
從作為兩相模型的三相感應(yīng)電機的基本方程(方程1)獲得以下的方程(14)和(15)以確定三相感應(yīng)電機的估計旋轉(zhuǎn)角速度ωme。
這兩個方程的分母有時可以假定為零，其近處估計精度較低。但是如果驅(qū)動三相感應(yīng)電機，構(gòu)成方程(14)分母的次級磁通量ψ2q和構(gòu)成方程(15)分母的次級磁通量ψ2d為相位差為90度的正弦波。因此二者不可能同時為零。角速度估計器226檢驗次級磁通量ψ2d、ψ2q的大小，并且選定分母比零更大的方程(14)或(15)。隨后，三相感應(yīng)電機的旋轉(zhuǎn)角速度始終可以精確估計。在這種方式下，三相感應(yīng)電機的角速度可以不用角速度檢測器控制，并且可以實現(xiàn)與命令角速度一樣的操作。
以下闡述一種對完成上述操作的洗衣機滾筒104內(nèi)衣物量進行估計的方法。三相感應(yīng)電機的輸出扭矩τ可以利用兩相交流電流i1d、i1q和次級磁通量ψ2d、ψ2q用方程(25)表示。τ=p·M·(i1q·ψ2d-i1d·ψ2q)L2-----(25)]]>輸出扭矩估計器250可以根據(jù)方程(25)計算三相感應(yīng)電機的輸出扭矩τ。而且三相感應(yīng)電機輸出扭矩與放置衣物的滾筒的旋轉(zhuǎn)操作之間的關(guān)系由方程(26)給定。(J+JL)=·ddtωm+d1=τ/r2------(26)]]>這里J為滾筒的慣性矩，JL為衣物的慣性矩，d1為摩擦之類的干擾，并且r為三相感應(yīng)電機轉(zhuǎn)軸與滾筒轉(zhuǎn)軸之間的減速比。在該過程中，當三相感應(yīng)電機的角加速度A為常數(shù)時，如方程(27)所示，衣物量是恒定的。隨后三相感應(yīng)電機的輸出扭矩τ為常數(shù)。ddt=ωm=A]]>(A常數(shù))(27)方程(26)示出了衣物量的變化改變了三相感應(yīng)電機的輸出扭矩τ。從命令角速度發(fā)生器103輸出的三相感應(yīng)電機的命令旋轉(zhuǎn)角速度以圖11(a)所示的三角形波形給定。因此輸出扭矩在如同11(b)所示恒定角加速度時間間隔內(nèi)作為恒定值給出。如果三角波形表示的最小旋轉(zhuǎn)角速度設(shè)定得低于衣物緊貼滾筒時的最低角速度，則估計精度得到改進。
而且為了通過避免諸如摩擦之類的干擾d1改進估計精度，比較好的是導出加速度與減速度之間的扭矩差。根據(jù)三角波的命令旋轉(zhuǎn)角速度，加速中的角加速度用A表示而減速中的角加速度用-A表示。確定加速中的最大扭矩τmax與減速中的最小扭矩τmin之差Δτ。隨后可以消除干擾d1的影響。這種狀態(tài)適于方程(28)。
2·(J＋JL)A＝Δτ/r2(28)方程(28)示出了衣物量可以從輸出扭矩估計。在圖12中示出了輸出扭矩之差與衣物量之間的關(guān)系。因此根據(jù)輸出扭矩估計器250的輸出，衣物量估計器252可以容易和精確地估計衣物量。如果激發(fā)電流分量與扭矩電流分量在按照本發(fā)明實施例的三相感應(yīng)電機中獨立指令，則可以從諸如命令扭矩電流Ilq*之類的扭矩電流分量中估計衣物量而不用用來估計三相感應(yīng)電機輸出扭矩的輸出扭矩估計器250。
而且在第八實施例的方程(11)的計算中，由于Vlz*(za，b，c)被用來代替實際電壓，所以這避免了采用電壓檢測器的需要。在這種情況下，如果補償了開啟PWM反相器124時的時間延遲效應(yīng)，則改善了電壓精度。在第八實施例中，指令角速度從而維持三相感應(yīng)電機旋轉(zhuǎn)中的恒定角加速度，并且從相關(guān)的輸出扭矩估計衣物量。但是在下一實施例中，衣物量可以通過將輸出扭矩控制在恒定水平上從旋轉(zhuǎn)角速度估計出來。在本發(fā)明的第九實施例中，洗衣機包括通過將輸出扭矩控制在恒定水平上從旋轉(zhuǎn)角速度估計衣物量的衣物量估計器。以下借助圖13描述按照本發(fā)明第九實施例的洗衣機。
圖13為采用按照本發(fā)明第九實施例的洗衣機結(jié)構(gòu)框圖。在圖13中，三相感應(yīng)電機100的轉(zhuǎn)軸100A通過傳遞機構(gòu)106與洗滌、脫水和烘干衣物的滾筒104耦合。命令扭矩發(fā)生器301的輸出端與扭矩控制器302其中一個輸入端相連。命令扭矩發(fā)生器301輸出指令三相感應(yīng)電機輸出扭矩的命令扭矩τ*。扭矩控制器302的輸入端與轉(zhuǎn)差頻率計算器112和旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118其中一個輸入端上提供有命令激發(fā)電流Ild*。
扭矩控制器302的輸出端與轉(zhuǎn)差頻率計算器112和旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的其它輸入端相連。旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的兩個輸出端與兩相/三相轉(zhuǎn)換器120的兩個輸入端相連。兩相/三相轉(zhuǎn)換器120的三個輸出端與電流控制器122的三個輸入端分別相連。電流控制器122的三個輸出端分別與PWM反相器124的三個輸入端相連。PWM反相器124的三個輸出端與三相感應(yīng)電機100相連。PWM反相器124的兩個輸入端通過轉(zhuǎn)換器130與單相100伏交流電源相連。
電流檢測器126a、126b和126c在PWM反相器124與三相感應(yīng)電機100之間分別提供三條連接線。電流檢測器126a、126b和126c的輸出端分別與電流控制器122和角速度估計器200相連。電流控制器122的三個輸出端與角速度估計器200的輸入端相連，并且角速度估計器200的輸出端與放大器115和衣物量估計器304的輸入端相連。
放大器115的輸出端與加法器114的其中一個輸入端相連。加法器114的另一輸入端與轉(zhuǎn)差頻率計算器112的輸出端相連。加法器114的輸出端與積分器116的輸入端相連。積分器116的輸出端與旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118的另一輸入端相連。
以下借助圖13描述上述結(jié)構(gòu)的洗衣機的基本操作。在本實施例中，衣物通過滾筒104轉(zhuǎn)動進行清洗，滾筒104通過傳送機構(gòu)106由三相感應(yīng)電機驅(qū)動。轉(zhuǎn)差頻率計算器112、加法器114、放大器115、積分器116、旋轉(zhuǎn)/靜止坐標轉(zhuǎn)換器118、兩相/三相轉(zhuǎn)換器120、電流控制器122、PWM反相器124、轉(zhuǎn)換器130和角速度估計器200與第八實施例的相應(yīng)單元相同，所以不再贅述。
在本實施例中，命令扭矩發(fā)生器301替代第八實施例的命令角速度發(fā)生器103，并且扭矩控制器302代替角速度控制器116。以下說明扭矩控制的操作。如果實際電流在電流控制下基本與命令電流一致，三相感應(yīng)電機的輸出扭矩τ用方程29表示。方程(25)可以利用命令激發(fā)電流Ild*和命令扭矩電流Ilq*轉(zhuǎn)換為方程(29)。τ=p·M2·(l1d*·l1q*)L2-----------(29)]]>命令扭矩從命令扭矩發(fā)生器301輸出，并且根據(jù)方程(29)，扭矩控制器302產(chǎn)生命令扭矩電流Ilq*。電流控制器122根據(jù)扭矩命令電流Ild*控制電流并且可以輸出所需的輸出扭矩。
以下給出在上述操作的洗衣機的滾筒104內(nèi)估計衣物量的方法。與第八實施例一樣，方程(26)給出了三相感應(yīng)電機輸出扭矩τ與放置衣物的滾筒104的旋轉(zhuǎn)之間的關(guān)系。在施加恒定扭矩之后，三相感應(yīng)電機以等加速度運行。隨后從命令扭矩發(fā)生器301輸出預(yù)定值的命令扭矩，并且由角速度估計器200檢測三相感應(yīng)電機的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)角速度。接著由衣物量估計器304檢查旋轉(zhuǎn)角速度的變化從而估計衣物量。
為了消除方程(26)中摩擦之類的干擾d1的影響并且改善估計精度，輸出矩形波命令扭矩并且在最大角速度與最小角速度之間取角速度差。因此可以消除干擾d1的影響。也可以根據(jù)從另一預(yù)定基準角速度達到預(yù)定基準角速度所需的時間估計衣物量。
在上述洗衣機實例中，由于脫水過程的離心力，衣物緊貼在滾筒104的內(nèi)壁上。附著在內(nèi)壁上分布不均的衣物導致滾筒104的振動。因此下面闡述作為本發(fā)明第十實施例的洗衣機，它包括估計由于衣物分布不均引起的不平衡量的不平衡量估計器。
以下借助圖14-17描述按照本發(fā)明第十實施例的洗衣機。
圖14為采用按照本發(fā)明第十實施例的洗衣機結(jié)構(gòu)框圖。
在圖14中，三相感應(yīng)電機100的轉(zhuǎn)軸100A通過傳遞機構(gòu)106與洗滌、脫水和烘干衣物的滾筒104耦合。輸出指令三相感應(yīng)電機的旋轉(zhuǎn)角速度的命令旋轉(zhuǎn)角速度ωm*用的命令角速度發(fā)生器401的輸出端與角速度控制器150的輸入端相連。角速度控制器150的三個輸出端與電流控制器122的三個輸入端相連。電流控制器122的三個輸出端分別與PWM反相器124的三個輸入端相連。PWM反相器124的三個輸出端與三相感應(yīng)電機100相連。PWM反相器124的兩個輸入端通過轉(zhuǎn)換器130與單相100伏交流電源相連。
電流檢測器126a、126b和126c在PWM反相器124與三相感應(yīng)電機100之間分別提供三條連接線。電流檢測器126a、126b、126c的輸出端分別與電流控制器122的三個輸入端相連。電流檢測器126a、126b和126c的輸出端分別與兩相/三相轉(zhuǎn)換器220相連。兩相/三相轉(zhuǎn)換器220的兩個輸出端與次級磁通量估計器224、角速度估計器226和輸出扭矩估計器250相連。
電流控制器122的三個輸出端與兩相/三相轉(zhuǎn)換器222的輸入端相連。兩相/三相轉(zhuǎn)換器222的兩個輸出端與次級磁通量估計器224相連。次級磁通量估計器224的輸出端與角速度估計器226和輸出扭矩估計器250相連。角速度估計器226的輸出端與角速度控制器150的其它輸入端相連。輸出扭矩估計器250的輸出端與不平衡量估計器403的輸入端相連。
以下借助圖14描述上述結(jié)構(gòu)洗衣機的操作。按照本實施例，與第八實施例一樣，衣物通過滾筒104轉(zhuǎn)動進行清洗，滾筒104通過傳送機構(gòu)106由三相感應(yīng)電機驅(qū)動。角速度控制器150、電流控制器122、PWM反相器124、轉(zhuǎn)換器130、角速度估計器200和輸出扭矩估計器250與第八實施例的相應(yīng)單元相同，所以不再贅述。
主要是在脫水時，由于離心力的作用，衣物粘附在滾筒104的內(nèi)壁。首先描述緊貼衣物分布不均引起的不平衡狀態(tài)。圖15為滾筒104的前視圖。如圖15所示，當衣物104A不均勻地緊貼在滾筒104內(nèi)壁上時，離心力和衣物重力作用在滾筒104上。特別是離心力隨滾筒轉(zhuǎn)速增加而增大從而導致巨大振動。因此需要在脫水時滾筒104開始轉(zhuǎn)動之后提高旋轉(zhuǎn)角速度之前檢測不平衡狀態(tài)。假定滾筒順時針旋轉(zhuǎn)，即三相感應(yīng)電機正向旋轉(zhuǎn)，并且滾筒104內(nèi)不均勻分布的衣物104A的位置用角度φ表示，則方程(30)給出運動方程。(j+JL)·d2dt2φ+d2-mg·R·sin(φ)=τ/r-----(30)]]>這里J為滾筒104的慣性矩，JL為衣物104A的慣性矩，m為用分布不均的衣物104A的質(zhì)量表示不平衡量，g為重力加速度，R為滾筒半徑，d2為摩擦之類的干擾，并且r為三相感應(yīng)電機轉(zhuǎn)軸與滾筒轉(zhuǎn)軸之間的減速比。當命令角速度發(fā)生器401發(fā)出等于或大于衣物104A在離心力作用下緊貼滾筒104內(nèi)壁的旋轉(zhuǎn)角速度的預(yù)定命令旋轉(zhuǎn)角速度時，三相感應(yīng)電機產(chǎn)生的輸出扭矩如圖16所示變化。在該過程中，導出三相感應(yīng)電機產(chǎn)生的最大扭矩與最小扭矩之差Δτ的變化范圍。因此在方程(30)中，刪除了慣性矩和干擾項，并且下來方程(31)有效。
Δτ＝2·mg·R·r(31)在圖17中示出了不平衡量與扭矩變化量之間的關(guān)系。圖17表明不平衡量可以容易地從扭矩變化量估計出來。在這種方式下，三相感應(yīng)電機的輸出扭矩τ可以由輸出扭矩估計器250估計出來，而三相感應(yīng)電機正在依照命令角速度發(fā)生器401定義的命令角速度的預(yù)定旋轉(zhuǎn)角速度旋轉(zhuǎn)。接著，構(gòu)成輸出扭矩估計器250的最大扭矩與最小扭矩之差由不平衡量估計器403提取。通過利用圖17的關(guān)系，可以容易而精確地確定不平衡量。
在這種方式下可以在脫水前測量不平衡量。如果不平衡量超過預(yù)定量，則可以暫時中止脫水操作并且重新啟動。因此可以避免巨大的振動。
如果利用本實施例中的三相感應(yīng)電機獨立指令激發(fā)電流分量與扭矩電流分量，則可以從諸如命令扭矩電流的Ilq*之類的扭矩電流分量中估計得到衣物量而不用輸出扭矩估計器250來估計三相感應(yīng)電機的輸出扭矩。
在進行估計操作中，滾筒104的旋轉(zhuǎn)角速度比較好的選定為高于因離心力引起衣物緊貼滾筒的旋轉(zhuǎn)角速度而低于滾筒發(fā)生基頻共振的旋轉(zhuǎn)角速度。雖然洗衣機的結(jié)構(gòu)不同，但是對于一般的滾筒104旋轉(zhuǎn)角速度為70-300轉(zhuǎn)/分鐘。
在上述結(jié)構(gòu)中，當估計的不平衡量大于預(yù)定值時，脫水操作暫時中止并且重新啟動整個操作。在這種方式下，可以避免巨大的振動。
以下描述作為第11實施例的可以防止?jié)L筒失衡的洗衣機。以下借助圖18描述按照本發(fā)明第11實施例的洗衣機。圖18為采用按照本發(fā)明第11實施例的洗衣機結(jié)構(gòu)框圖。
在圖18中，三相感應(yīng)電機100的轉(zhuǎn)軸100A通過傳遞機構(gòu)106與洗滌、脫水和烘干衣物的滾筒104耦合。輸出指令三相感應(yīng)電機的旋轉(zhuǎn)角速度的命令旋轉(zhuǎn)角速度ωm*用的命令角速度發(fā)生器401的輸出端與加法器501的其中一個輸入端相連。加法器501的輸出端與角速度控制器150的其中一個輸出端相連。角速度控制器150的三個輸出端與電流控制器122的三個輸入端相連。電流控制器122的三個輸出端分別與與PWM反相器124的三個輸入端相連。PWM反相器124的三個輸出端與三相感應(yīng)電機100相連。PWM反相器124的兩個輸入端通過轉(zhuǎn)換器130與單相100伏交流電源相連。
電流檢測器126a、126b和126c在PWM反相器124與三相感應(yīng)電機100之間分別提供三條連接線。電流檢測器126a、126b、126c的輸出端分別與電流控制器122的三個輸入端相連。電流檢測器126a、126b和126c的輸出端分別與兩相/三相轉(zhuǎn)換器220相連。兩相/三相轉(zhuǎn)換器220的兩個輸出端與次級磁通量估計器224、角速度估計器226和輸出扭矩估計器250相連。
電流控制器122的三個控制輸出端與兩相/三相轉(zhuǎn)換器222的輸入端相連。兩相/三相轉(zhuǎn)換器222的兩個輸出端與次級磁通量估計器224相連。次級磁通量估計器224的輸出端與角速度估計器226和輸出扭矩估計器250輸入端相連。角速度估計器226的輸出端與角速度控制器150的其它輸入端相連。輸出扭矩估計器250的輸出端與不平衡量估計器403和不平衡位置估計器503的輸入端相連。不平衡量估計器403和不平衡位置估計器503的輸出端與旋轉(zhuǎn)角速度變化器505的兩個輸入端相連。旋轉(zhuǎn)角速度變化器505的輸出端與加法器501的輸入端相連。
以下借助圖18描述上述結(jié)構(gòu)洗衣機的操作。按照本實施例，與第八實施例一樣，滾筒104透過傳送機構(gòu)106由三相感應(yīng)電機驅(qū)動清洗衣物。角速度控制器150、電流控制器122、PWM反相器124、轉(zhuǎn)換器130、角速度估計器200和輸出扭矩估計器250與第八實施例的相應(yīng)單元相同。不平衡量估計器403的操作與第十實施例的相應(yīng)部分相同。
按照第11實施例，可以利用測量不平衡量的方法來檢測分布不均的衣物位置。首先闡述有關(guān)用于檢測不平衡位置的不平衡位置估計器503的操作。
在圖15中，不平衡狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)滾筒104的三相感應(yīng)電機的扭矩假定最大值為在270度處而最小值為在90度處。因此可以根據(jù)輸出扭矩估計器250估計的輸出扭矩最大值和最小值檢測衣物104A緊貼滾筒104的位置。通過根據(jù)檢測位置突然改變?nèi)喔袘?yīng)電機旋轉(zhuǎn)角速度來跌落或位移緊貼在滾筒104內(nèi)壁的衣物104A可以改善不平衡狀態(tài)。
當不平衡位置估計器503表明引起不平衡的衣物位于滾筒104的上部位置104B，即角度φ在圖15中接近零時，旋轉(zhuǎn)角速度校正值從旋轉(zhuǎn)角速度校正器505輸出從而使?jié)L筒104的角速度減速。由于減速，當重力大于作用在衣物104A上的離心力時，衣物104A脫離滾筒104的內(nèi)壁并且避免了不平衡狀態(tài)。
另一種可能的方法是突然增加或降低滾筒104的旋轉(zhuǎn)角速度并且利用慣量位移衣物104A。在這種情況下，考慮到不平衡狀態(tài)下衣物104A位置與重力之間的關(guān)系可以有效移動緊貼滾筒104內(nèi)壁的衣物104A的位置以校正不平衡狀態(tài)。
如上所述，如果不平衡量大于預(yù)定值時，通過重新脫水操作來避免不平衡狀態(tài)可以降低不平衡狀態(tài)發(fā)生的可能性。這種校正操作比較好的是在最低旋轉(zhuǎn)角速度附近進行，在該角速度下衣物104A由于離心力的作用緊貼滾筒104內(nèi)壁以最大限度減少離心力的影響。以下借助圖19描述作為本發(fā)明第12實施例的具有不會引起不平衡狀態(tài)的滾筒的洗衣機。圖19為用來解釋本發(fā)明第12實施例洗衣機操作的滾筒的前視圖。在圖19中，用于洗滌、脫水和干燥衣物的滾筒204具有多個抓起內(nèi)壁上被洗滌衣物的凸起550。
以下闡述具有上述結(jié)構(gòu)的洗衣機的操作。在具有圍繞水平軸204旋轉(zhuǎn)的滾筒204的洗衣機中，滾筒204沿著洗滌衣物的箭頭方向旋轉(zhuǎn)從而靠凸起550升起衣物并且在下一瞬時跌落。在脫水時，為了避免衣物分布不均引起的不平衡狀態(tài)，衣物比較好的是通過離心力均勻緊密附著在滾筒204的內(nèi)壁。
如圖19所示，每個凸起550包括關(guān)于通過凸起550和轉(zhuǎn)軸204c的虛平面560的旋轉(zhuǎn)非對稱地排列的吊鉤。在洗滌時，滾筒104沿著圖19中箭頭方向旋轉(zhuǎn)，從而使得衣物被凸起550的吊鉤570提升并且從高處脫落。另一方面，在脫水時從圖18的命令角速度發(fā)生器401輸出負的命令旋轉(zhuǎn)角速度，從而使?jié)L筒204沿著相反的方向旋轉(zhuǎn)。隨后在脫水時衣物很少被吊鉤抓起，因此滾筒204不容易失衡。
上述構(gòu)造使得可以實現(xiàn)滾筒204很少失衡的洗衣機。以下描述作為第13實施例的具有校正失衡狀態(tài)功能的洗衣機。以下借助圖20描述按照本發(fā)明第13實施例的洗衣機。圖20為按照第13實施例的洗衣機的滾筒334的前視圖。例如在圖20中，充滿水的16個水箱600-615排布在洗滌、脫水和干燥用的滾筒334的周圍。這些水箱600-615與滾筒334一起轉(zhuǎn)動。
圖21為按照第13實施例的洗衣機結(jié)構(gòu)的框圖。在圖21中，不平衡量估計器403和不平衡位置估計器503的輸出端與不平衡量校正器602的兩個輸入端相連。不平衡量校正器602的輸出端與電磁鐵800-815的開關(guān)相連以選擇啟動門700-715從而通過延長或收縮與轉(zhuǎn)軸平行的位于每個門外部徑向排列的可移動插銷開啟/閉合水箱600-615的開口。
以下借助圖20-21闡述具有上述結(jié)構(gòu)的洗衣機的操作。首先預(yù)先在所有的水箱600-615內(nèi)充滿水。轉(zhuǎn)動滾筒334，并且不平衡量估計器403與第10實施例相同方式估計由于衣物分布不均引起的滾筒334不平衡量。而且不平衡位置估計器503按照與第11實施例一樣的方式估計滾筒334內(nèi)衣物的不平衡位置。不平衡量校正器602控制開關(guān)811從而使得在不平衡位置估計器503估計衣物分布不均位置附近開啟水箱611的門711。當門711打開時，根據(jù)不平衡量估計器403估計的不平衡量從水箱611放水。因此由于衣物104A分布不均引起的滾筒334的不平衡狀態(tài)可以得到校正并且脫水操作可以不會引起巨大振動。
為了通過減少滾筒334的重量抑制慣性矩，比較好的是只在相對分布不均的衣物104A對稱分布的水箱603內(nèi)盛水。在這種情況下，從其它水箱600～602、604-615放水以校正不平衡。滾筒的不平衡狀態(tài)可以通過這種過程得到校正。
上述每個實施例涉及的是利用三相感應(yīng)電機的結(jié)構(gòu)。但是驅(qū)動滾筒用的電機并不局限于這種結(jié)構(gòu)而且可以采用其它系統(tǒng)。本發(fā)明顯然可以用于易于估計所產(chǎn)生扭矩的直流電機或無刷電機的情況。
本發(fā)明的范圍和精神由后面所附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種洗衣機，其特征在于包括驅(qū)動滾筒用的電機；角速度控制器，用來通過施加命令角速度使所述電機以恒定的旋轉(zhuǎn)加速度轉(zhuǎn)動；以及衣物量估計器，用來根據(jù)所述電機轉(zhuǎn)動時的輸出扭矩估計所述滾筒內(nèi)的衣物量。
2.一種洗衣機，其特征在于包括驅(qū)動滾筒用的電機；命令角速度產(chǎn)生裝置，用來產(chǎn)生隨時間以三角波形變化的命令旋轉(zhuǎn)角速度；角速度控制器，用來控制所述電機的旋轉(zhuǎn)角速度以遵從所述命令旋轉(zhuǎn)角速度；以及衣物量估計器，用來根據(jù)所述電機轉(zhuǎn)動時的輸出扭矩估計所述滾筒內(nèi)的衣物量。
3.一種洗衣機，其特征在于包括驅(qū)動滾筒用的電機；命令角速度產(chǎn)生裝置，用來產(chǎn)生隨時間以三角波形變化的命令旋轉(zhuǎn)角速度；角速度控制器，用來控制所述電機的旋轉(zhuǎn)角速度以遵從所述命令旋轉(zhuǎn)角速度；以及衣物量估計器，用來根據(jù)旋轉(zhuǎn)加速度下的所述電機的輸出扭矩與旋轉(zhuǎn)減速度下所述電機的輸出扭矩之差估計所述滾筒內(nèi)的衣物量。
4.如權(quán)利要求1所述的洗衣機，其特征在于所述命令角速度產(chǎn)生裝置將所述命令旋轉(zhuǎn)角速度的最小值設(shè)定在某一旋轉(zhuǎn)角速度，在該角速度下衣物由于所述滾筒轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的離心力而緊貼所述滾筒的內(nèi)壁。
5.如權(quán)利要求1所述的洗衣機，其特征在于所述驅(qū)動所述滾筒用的電機為三相感應(yīng)電機，并且所述洗衣機進一步包括控制器，用來獨立指令施加在所述三相感應(yīng)電機定子上的初級交流電流的扭矩電流分量和激發(fā)電流分量并且改變所述初級交流電流的大小和頻率從而控制所述三相感應(yīng)電機的旋轉(zhuǎn)角速度。
6.如權(quán)利要求1所述的洗衣機，其特征在于所述驅(qū)動所述滾筒用的電機為三相感應(yīng)電機，并且所述洗衣機進一步包括控制器，用來獨立指令施加在所述三相感應(yīng)電機定子上的初級交流電流的扭矩電流分量和激發(fā)電流分量并且改變所述初級交流電流的大小和頻率從而控制所述三相感應(yīng)電機的旋轉(zhuǎn)角速度；以及衣物量估計器，用來根據(jù)轉(zhuǎn)動時電機的所述扭矩電流分量估計衣物量。
7.一種洗衣機，其特征在于包括驅(qū)動滾筒用的電機；恒定操作控制器，用來控制恒定速度下所述電機的輸出扭矩；以及衣物量估計器，用來根據(jù)所述電機的旋轉(zhuǎn)角速度變化估計衣物量。
8.如權(quán)利要求7所述的洗衣機，其特征在于所述驅(qū)動所述滾筒用的電機為三相感應(yīng)電機，并且所述洗衣機進一步包括控制器，用來獨立指令施加在所述三相感應(yīng)電機定子上的初級交流電流的扭矩電流分量和激發(fā)電流分量并且改變所述初級交流電流的大小和頻率從而控制所述三相感應(yīng)電機的旋轉(zhuǎn)角速度；以及扭矩恒定操作控制器，用來使所述滾筒在恒定的所述扭矩電流分量下轉(zhuǎn)動。
全文摘要
一種洗衣機,它包括:三相感應(yīng)電機,用來驅(qū)動滾筒或者安裝在所述滾筒內(nèi)的攪拌器;控制器,用來根據(jù)所述三相感應(yīng)電機的命令旋轉(zhuǎn)角速度和旋轉(zhuǎn)角速度指令施加在所述三相感應(yīng)電機定子上的初級交流電流的扭矩電流分量和激發(fā)電流分量;以及角速度估計器,用來估計所述三相感應(yīng)電機的旋轉(zhuǎn)角速度。
文檔編號H02P21/14GK1333398SQ01122309
公開日2002年1月30日 申請日期2001年6月25日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月22日
發(fā)明者松浦貞裕, 佐藤繁, 田澤徹, 永井克幸, 五十嵐祥晃 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社