CN101654856A - 控制洗衣机和电动机的方法 - Google Patents

Abstract

一种控制洗衣机和电动机的方法，所述方法确定BLDC电动机的软件而不是在硬件是否处于正常状态，且如果BLDC电动机处于不正常状态，则将BLDC电动机的不正常状态通知给使用者，从而保证安全。当电动机旋转时，电动机的状态通过将谐波施加到将施加到电动机的电压，并分析输出频率的特征，确定电动机的状态。当电动机停止时，电动机的状态通过估算电动机的温度确定。

Description

控制洗衣机和电动机的方法

技术领域

本发明涉及一种控制洗衣机和电动机的方法，更具体地，本发明涉及一种确定洗衣机的电动机是否处于正常状态的方法。

背景技术

无刷直流电动机(在后文中称为BLDC电动机)表示为DC电动机，其中安装了电换向器机构取代例如刷子或换向器的机械接触部分。因此，BLDC电动机也称为无换向器电动机。

BLDC电动机的特征是因为不包括刷子，所以，没有由于刷子造成的噪声。由于不包括诸如换向器的机械接触部分，所以，可以实现具有高速旋转和长寿命周期的电动机。此外，BLDC电动机具有如控制电动机的优良特征，例如，优良的加速性能、较大的启动转矩、电压变化的线性特征、以及输出转矩对输入电流的线性。

由于上述优良的特征，BLDC电动机广泛地用于家用电器、车辆、宇航设备、机械装置、以及工厂自动化设备。具体地，由于BLDC电动机具有较大的启动转矩和高速旋转力，所以，BLDC电动机在诸如洗衣机的家用电器中用于在短的时间周期内启动旋转桶并使旋转桶高速旋转，其中旋转桶包含湿的待洗衣物。

发明内容

因此，在本发明的一个方面是提供确定洗衣机的BLDC电动机的软件而不是硬件是否处于正常状态，并且如果BLDC电动机处于不正常的状态，则通知BLDC电动机的不正常状态，以便保证安全的一种方法。

本发明的其它方面和/或优点将部分通过以下说明显示，部分通过本发明的实施得到清晰地体现。

根据本发明，以上和/或其它方面通过控制洗衣机的一种方法实现，所述方法包括步骤：旋转洗衣机的电动机；以及将谐波施加电压，所述电压将被施加至电动机，分析输出频率的特征，并确定电动机的状态。

施加到电压的谐波的频率可以高于电动机的操作频率，所述电压将被施加至电动机。

谐波的频率可以大于或等于电动机的操作频率的10倍。

电动机的电枢绕组的不正常状态或磁铁的不正常状态中的至少一种可以通过分析电动机的频率特征来确定。

根据本发明的其它方面，一种控制洗衣机的方法，所述方法包括：进行洗涤操作；当洗衣机的电动机旋转时，将谐波施加到电压，所述电压将被施加至电动机，分析输出频率的特征，并确定电动机的状态；以及如果确定电动机处于不正常的状态，则停止洗涤操作。

电动机的频率特征的分析可在其中电动机在旋转的洗涤模式、漂洗模式、以及旋转脱水模式中的至少一种模式下进行。

施加到电压的谐波的频率可高于电动机的操作频率，所述电压将被施加至电动机。

谐波的频率可大于或等于电动机的操作频率的10倍。

电动机的电枢绕组的不正常状态或磁铁的不正常状态中的至少一种可通过分析电动机的频率特征来确定。

根据本发明的另一方面，一种控制洗衣机的方法，所述方法包括：进行洗涤操作；当洗衣机的电动机旋转时，将谐波施加电压，所述电压将被施加至电动机，分析输出频率的特征，并确定电动机的状态；当洗衣机的电动机停止时，估算电动机的温度并确定电动机的状态；以及如果确定电动机处于不正常状态，则停止洗涤操作。

电动机的频率特征的分析可在其中电动机在旋转的洗涤模式、漂洗模式、以及旋转脱水模式中的至少一种模式下进行。

电动机的温度的估算可在具有电动机的停止周期的洗涤模式和漂洗模式中的至少一种模式下进行。

电动机的停止周期可以是在洗涤模式和漂洗模式启动之前的电动机停止周期、根据在洗涤模式和漂洗模式下的旋转桶的旋转的转换的电动机的暂时停止周期、以及其中在洗涤模式和漂洗模式下供给水的电动机的停止周期的中的至少一种。

施加到电压的谐波的频率可高于电动机的操作频率，所述电压将被施加到电动机。

谐波的频率可大于或等于电动机的操作频率的10倍。

电动机的电枢绕组的不正常状态或磁铁的不正常状态中的至少一种可通过分析电动机的频率特征确定。

电动机的温度的估算可包括计算电动机的绕组电阻以及估算由电动机的绕组电阻产生的电动机的温度。

电动机的绕组电阻可由以下公式计算：

$R=\frac{(V_{\mathrm{dc}}-2\·V_{\mathrm{ce},\mathrm{on}})\·D+(-V_{\mathrm{ce},\mathrm{on}}-V_{\mathrm{ak},\mathrm{on}})\·(1-D)}{2\·I_{\mathrm{as},\mathrm{dc}}}$

其中，V_dc表示DC链电压，V_ce，on表示转换元件的电压降，V_ak，on表示转换元件的二极管的电压降，D表示转换信号的打开时间的负荷比(1-D表示关闭时间的负荷比)，而I_as，dc表示DC链电流。

使用电动机的绕组电阻估算的电动机的温度T_s由以下公式获得。

$T_s=T_{s0}+\frac{R-R_0}{\mathrm{\α}\·R_0}$

其中，R₀表示参考绕组电阻，T_s0表示在参考绕组电阻R₀处的测量温度，而α表示电阻-温度常数(1/℃)。

在电动机的两相绕组电耦合的状态下可计算绕组电阻。

根据本发明的另一方面，一种控制电动机的方法，其中所述方法包括：当洗衣机的电动机旋转时，将谐波施加到电压，所述电压将被施加至电动机，分析输出频率的特征，并确定电动机的状态；当电动机停止时，估算电动机的温度并确定电动机的状态；以及如果确定电动机处于不正常状态，则停止洗涤操作。

施加到电压的谐波的频率可高于电动机的操作频率，所述电压被施加至电动机。

谐波的频率可大于或等于电动机的操作频率的10倍。

电动机的电枢绕组的不正常状态或磁铁的不正常状态中的至少一种可通过分析电动机的频率特征来确定。

附图说明

参照相应的附图对下面示例实施例进行具体说明，将使本发明的这些和/或其它方面以及优点变得更加清晰和容易理解，其中：

图1是显示用于控制根据本发明的实施例的BLDC电动机的设备的方框视图；

图2是显示如图1所示的逆变器的结构的电路图；

图3是显示根据本发明的实施例的当测量绕组电阻时的逆变器的状态的电路图；

图4是显示根据如图3所示的逆变器的转换元件Q1的开/关的逆变器和BLDC电动机的等效电路的示意图；

图5是显示根据本发明的实施例的根据绕组短路的定子绕组的线圈比的变化的视图；

图6是显示根据本发明的实施例的通过分析频率确定电动机的状态的结果的视图；以及

图7A和图7B是显示控制根据本发明的实施例的洗衣机的方法的流程图。

具体实施方式

下面将具体说明显示在相应附图中的本发明的实施例、实例，其中在全文中，同样的标号表示同样的元件。以下通过参照图说明示例实施例。

下面将参照图1到图7B说明本发明的典型实施例。首先，图1是显示用于控制根据本发明的实施例的BLDC电动机的设备的方框视图。如图1所示，包括变换器104、DC链电容器108和逆变器106的电源转换装置将从AC电源102接收的交流(AC)电压转换成DC电压，将DC电压逆变成三相AC电压U、V和W，并将三相AC电压供给到BLDC电动机110。变换器104将AC电压转换成DC电压，而逆变器106将DC电压逆变成具有脉冲形状的三相AC电压U、V和W。

将从逆变器106供给到BLDC电动机110的三相AC电压的相位的电流信息供给到控制器114。控制器114产生逆变器控制信号P1到P6，以通过参照三相AC电压的相位的电流信息和BLDC电动机110的定子的位置/速度信息F/G控制BLDC电动机110的旋转速度。由控制器114产生的逆变器控制信号P1到P6用于控制从逆变器106输出到BLDC电动机110的电流量和三相AC电压U、V和W的相位的转换时间点，使得根据外部输入的速度命令H调节BLDC电动机110的旋转速度。

图2是显示在用于控制如图1所示的BLDC电动机的设备中的三相全桥逆变器的结构的电路图。转换元件，也就是晶体管Q1到Q6通过逆变器控制信号P 1到P6转换，使得相位电流被转换。

图3是显示根据本发明的实施例的测量绕组电阻时逆变器的状态的电路图。在本发明的实施例中，为了测量绕组电阻，两相电流在BLDC电动机110中流动。此时，测量BLDC电动机110的绕组电阻。

如图3所示，如果将具有脉冲形状的转换信号在其中晶体管Q1打开而晶体管Q2到Q5关闭的状态下施加到晶体管Q1，则晶体管Q1打开开/关，使得U-和V-相位电流流动。如果晶体管Q1打开，则从变换器104供给的电流通过晶体管Q1、U-和V-相位绕组和晶体管Q6流动到接地。此时，DC链电容器108的电流放电。相反，如果晶体管Q1关闭，则停止电流的供给，但由于电流的流动保持性能，所以，在BLDC电动机110中流动的电流循环通过二极管D4、BLDC电动机110的U-和V-相位绕组以及晶体管Q6。此时，变换器104和DC链电容器108与逆变器106电断开。图4中示出了晶体管Q1打开时的逆变器106和BLDC电动机110的等效电路和晶体管Q1关闭时的逆变器106和BLDC电动机110的等效电路。

图4是显示根据如图3所示的逆变器的转换元件Q1的开/关的逆变器和BLDC电动机的等效电路的示意图。图4A显示了晶体管Q1打开时的逆变器106和BLDC电动机110的等效电路，而图4B显示了晶体管Q1关闭时的逆变器106和BLDC电动机110的等效电路。

如图4A所示，当晶体管Q1打开时，从DC链电容器108释放的电流流过打开的两个晶体管Q1和Q6。电阻器Rs和电感Ls分别表示电耦合的绕组的电阻和电感。由于两相(U和V)绕组电耦合，所以，BLDC电动机具有电阻2Rs和电感2Ls。在图4B中，电流循环通过二极管D4和晶体管Q6，而不是晶体管Q1。即使在此情况下，BLDC电动机110也具有电阻2Rs和电感2Ls。

BLDC电动机110的绕组电阻R可以由等效电路的公式1表示。

公式1

$R=\frac{(V_{\mathrm{dc}}-2\·V_{\mathrm{ce},\mathrm{on}})\·D+(-V_{\mathrm{ce},\mathrm{on}}-V_{\mathrm{ak},\mathrm{on}})\·(1-D)}{2\·I_{\mathrm{as},\mathrm{dc}}}$

在公式1中，V_dc表示DC链电压，也就是说，电压穿过DC链电容器108，V_ce，on表示作为转换元件的晶体管Q1和Q6的电压降，V_ak，on表示晶体管Q4的电压降，D表示用于打开/关闭晶体管Q1的转换信号的打开时间的负荷比，而I_as，dc表示DC链电流(1-D表示转换信号的关闭时间的负荷比)。

使用绕组电阻R估算的BLDC电动机110的温度T_s由以下公式获得。

公式2

$T_s=T_{s0}+\frac{R-R_0}{\mathrm{\α}\·R_0}$

在公式2中，R₀表示参考绕组电阻，T_s0表示在参考绕组电阻R₀处的测量温度，而α表示电阻-温度常数(1/℃)。

绕组电阻R、BLDC电动机110的估算温度T_s和测量温度T在下表中示出。

表

R(Ω)	2.21	2.26	2.51	2.74	3.28
						估算温度Ts(℃)	-3.7	1.4	27.0	50.6	106.6
测量温度T(℃)	-5	0	26	50	105

如表所示，根据绕组电阻R估算的BLDC电动机110的估算温度T_s基本等于测量温度T。因此，BLDC电动机110的温度从绕组电阻R中估算，从而确定BLDC电动机110是否处于正常状态。为了在温度的基础上确定BLDC电动机110是否处于正常状态，当由于诸如绕组短路的绕组失效使得BLDC电动机处于非正常状态时，BLDC电动机110的温度范围，也就是说，不正常的温度范围通过实验事先获得。确定由绕组电阻R估算的BLDC电动机110的温度是否处于不正常的温度范围，以确定BLDC电动机110是否处于正常状态。因此，为了确定BLDC电动机110是否处于正常状态，优选事先获得BLDC电动机110的不正常的温度范围的信息，并将该信息储存在控制器114中。

图5是显示根据本发明的实施例的根据绕组短路的定子绕组的线圈比的变化的视图。如图5A所示，绕组短路502表示其中绕组的绝缘膜被损坏且相邻的线圈短路的状态。如果绕组短路502变为严重，则产生绕组断路504和绕组接地506。绕组断路504表示由于绕组短路造成的过度的电流的流动的状态，因此，绕组被损坏且电断路。绕组接地506表示绕组的绝缘膜被损坏且绕组连接到地的状态。

图5B显示了缠绕在铁心512上的绕组514的绝缘膜被损坏且产生绕组短路516的状态。如果产生绕组短路516，则其中产生绕组短路516的相位绕组的绕组电阻和绕组电感通过根据其中产生绕组短路516的位置确定的短路比(W1∶W2)而变化。电感的变化可以通过以下方法检测。如果施加了频率大于或等于施加到BLDC电动机110的电压的操作频率的10倍的谐波，则可以忽略绕组电阻的变化，新的频率段通过电感的变化检测。当此新的频率段为快速傅立叶变换(fast fourier transform)并形成图表时，无论是否产生绕组短路516，都通过频率变化来确定。

事先获得BLDC电动机110处于正常状态时的频率段，也就是说，正常的频率段。如果BLDC电动机110的测量频率段大于预定值的正常频率段，则确定BLDC电动机110已经失效。由于磁铁的电感值根据磁铁(转子)的退磁比和损坏度而改变，所以，磁铁(转子)的退磁和损坏利用施加谐波的方法确定。

图6是显示根据本发明的实施例的通过分析频率确定电动机的状态的结果的视图。如果BLDC电动机110处于正常状态，则频率分布集中在如图6A所示的坐标***的中心部分处。相反，如果BLDC电动机110处于非正常状态，则频率分布明显偏离如图6B所示的坐标***的中心部分。因此，通过施加谐波变化的频率特征，确定BLDC电动机110是否在正常状态。

图7A和图7B是显示控制根据本发明的实施例的洗衣机的方法的流程图。当进行洗涤操作时，通过估算其中BLDC电动机110不旋转的周期中的BLDC电动机110的温度确定BLDC电动机110是否处于正常状态，并通过分析其中BLDC电动机110旋转的周期中的频率确定BLDC电动机110是否处于正常状态。

如图7A所示，当使用者按压电源按钮时，电压被施加至洗衣机的所有装置。当使用者按压操作按钮时，洗涤操作命令产生并被供给到洗衣机114的控制器114(702)。由于当供给电压后BLDC电动机110不旋转，并且在进行洗涤模式之前产生洗涤操作命令，所以通过估算BLDC电动机110停止时的电动机的温度确定电动机是否处于正常状态(704)。如果电动机的温度等于或小于预定的参考温度(步骤706中的是)，则确定BLDC电动机110处于正常状态，且洗涤模式已经启动(708)。相反，如果电动机的温度超过预定的参考温度(步骤706中的否)，则确定BLDC电动机110处于不正常状态，停止操作，并将不正常状态通知给使用者(710)。可以利用警告声音、警告灯光、或显示在液晶显示装置上的警告信息通知不正常状态。

由于BLDC电动机110旋转以在进行洗涤模式时旋转旋转桶或震动器，所以通过分析当BLDC电动机110处于洗涤模式下旋转的频率确定电动机是否处于正常状态(712)。如果BLDC电动机110的频率特征很好(步骤714中的是)，则确定BLDC电动机110处于正常状态，并完成剩余的洗涤模式(716)。相反，如果BLDC电动机110的频率特征不充分(步骤714中的否)，则BLDC电动机110处于不正常状态，停止操作，且将此不正常状态通知给使用者(710)。

如果完成了剩余的洗涤模式，则启动将在洗涤模式中使用的水的供给(718)。由于在供给水的时候BLDC电动机110不旋转，则通过估算电动机的温度确定电动机是否处于正常状态(720)，如果电动机的温度等于或小于预定的参考温度(步骤722中的是)，则确定BLDC电动机110处于正常状态，并连续地进行水的供给。相反，如果电动机的温度超过预定的参考温度(步骤722中的否)，则确定BLDC电动机110处于不正常状态，停止操作，并通知不正常的状态(710)。虽然在供给水的时候估算BLDC电动机110的温度，但在进行洗涤模式的同时，电动机的温度也可以在BLDC电动机110的停止周期中被估算，该温度根据旋转桶的向前/向后的旋转的转换而产生。

接着，在图7B中，如果完成水的供给(步骤724中的是)，则进行用于漂洗待洗衣物中剩余的清洁剂的漂洗模式(726)。如果完成漂洗模式，则开始排出吸收在待洗衣物中的水的旋转脱水模式(728)。

由于BLDC电动机110在旋转脱水模式下旋转，所以，通过分析BLDC电动机110在旋转脱水模式下旋转时的频率确定电动机是否处于正常状态(730)。如果BLDC电动机110的频率特征充分(步骤732中的是)，则确定BLDC电动机110处于正常状态，完成剩余的旋转脱水模式，并完成洗涤操作(724)。相反，如果BLDC电动机110的频率特征不充分(步骤732中的否)，则确定BLDC电动机110处于不正常状态，且将不正常状态通知给使用者。

在图7B中，由于漂洗模式包括旋转周期、电动机停止周期(根据电动机的向前/向后旋转的转换)、BLDC电动机110的供水周期，所以，在漂洗模式下，与洗涤模式的方式相同，通过估算BLDC电动机110的温度和分析频率，可以确定BLDC电动机110是否处于正常状态。

在图7A和图7B中，虽然在作为完成后的产品的洗衣机的实际洗涤操作中确定了电动机是否处于正常状态，但在制造洗衣机的过程中，可以通过估算BLDC电动机110停止时的电动机的温度和通过分析BLDC电动机110企图旋转时的频率，确定电动机是否处于正常状态。

虽然已经显示和说明了一些实施例，但是应当认为本领域的普通技术人员可能在这些实施例的基础上做出各种变更而不会脱离本发明的原理和主题精神，本发明的保护范围由权利要求及其等同物的范围所限定。

Claims (25)

1.一种控制洗衣机的方法，所述方法包括步骤：

旋转洗衣机的电动机；以及

将谐波施加到电压，所述电压将被施加至电动机，分析输出频率的特征，并确定电动机的状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其中施加到将被施加至电动机的电压的谐波的频率高于电动机的操作频率。

3.根据权利要求2所述的方法，其中谐波的频率大于或等于电动机的操作频率的10倍。

4.根据权利要求1所述的方法，其中电动机的电枢绕组的不正常状态或磁铁的不正常状态中的至少一种通过分析电动机的频率特征来确定。

5.一种控制洗衣机的方法，所述方法包括：

进行洗涤操作；

当洗衣机的电动机旋转时，将谐波施加到电压，所述电压将被施加至电动机，分析输出频率的特征，并确定电动机的状态；以及

如果确定电动机处于不正常的状态，则停止洗涤操作。

6.根据权利要求5所述的方法，其中电动机的频率特征的分析在其中电动机在旋转的洗涤模式、漂洗模式、以及旋转脱水模式中的至少一种模式下进行。

7.根据权利要求5所述的方法，其中施加到将被施加至电动机的电压的谐波的频率高于电动机的操作频率。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述谐波的频率大于或等于电动机的操作频率的10倍。

9.根据权利要求5所述的方法，其中电动机的电枢绕组的不正常状态或磁铁的不正常状态中的至少一种通过分析电动机的频率特征来确定。

10.一种控制洗衣机的方法，所述方法包括：

进行洗涤操作；

当洗衣机的电动机旋转时，将谐波施加电压，所述电压将被施加至电动机，分析输出频率的特征，并确定电动机的状态；

当洗衣机的电动机停止时，估算电动机的温度并确定电动机的状态；以及

如果确定电动机处于不正常状态，则停止洗涤操作。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述电动机的频率特征的分析在其中电动机在旋转的洗涤模式、漂洗模式、以及旋转脱水模式中的至少一种模式下进行。

12.根据权利要求10所述的方法，其中电动机的温度的估算在具有电动机的停止周期的洗涤模式和漂洗模式中的至少一种模式下进行。

13.根据权利要求12所述的方法，其中电动机的停止周期是在洗涤模式和漂洗模式启动之前的电动机停止周期、根据在洗涤模式和漂洗模式下的旋转桶的旋转的转换的电动机的暂时停止周期、以及其中在洗涤模式和漂洗模式下供给水的电动机的停止周期的中的至少一种。

14.根据权利要求10所述的方法，其中施加到将被施加到电动机的电压的谐波的频率高于电动机的操作频率。

15.根据权利要求14所述的方法，其中谐波的频率大于或等于电动机的操作频率的10倍。

16.根据权利要求10所述的方法，其中电动机的电枢绕组的不正常状态或磁铁的不正常状态中的至少一种通过分析电动机的频率特征来确定。

17.根据权利要求10所述的方法，其中电动机的温度的估算包括计算电动机的绕组电阻以及估算由电动机的绕组电阻产生的电动机的温度。

18.根据权利要求17所述的方法，其中电动机的绕组电阻由以下公式计算：

$R=\frac{(V_{\mathrm{dc}}-2\·V_{\mathrm{ce},\mathrm{on}})\·D+(-V_{\mathrm{ce},\mathrm{on}}-V_{\mathrm{ak},\mathrm{on}})\·(1-D)}{2\·I_{\mathrm{as},\mathrm{dc}}}$

其中，V_dc表示DC链电压，V_ce，on表示转换元件的电压降，V_ak，on表示转换元件的二极管的电压降，D表示转换信号的打开时间的负荷比(1-D表示关闭时间的负荷比)，而I_as，dc表示DC链电流。

19.根据权利要求17所述的方法，其中使用电动机的绕组电阻估算的电动机的温度T_s由以下公式获得：

$T_s=T_{s0}+\frac{R-R_0}{\mathrm{\α}\·R_0}$

其中，R₀表示参考绕组电阻，T_s0表示在参考绕组电阻R₀处的测量温度，而α表示电阻-温度常数(1/℃)。

20.根据权利要求17所述的方法，其中在电动机的两相绕组电耦合的状态下计算所述绕组电阻。

21.一种控制电动机的方法，其中所述方法包括：

当洗衣机的电动机旋转时，将谐波施加到电压，所述电压将被施加至电动机，分析输出频率的特征，并确定电动机的状态；

当电动机停止时，估算电动机的温度并确定电动机的状态；以及

如果确定电动机处于不正常的状态，则停止洗涤操作。

22.根据权利要求21所述的方法，其中施加到被施加至电动机的电压的谐波的频率高于电动机的操作频率。

23.根据权利要求22所述的方法，其中谐波的频率大于或等于电动机的操作频率的10倍。

24.根据权利要求21所述的方法，其中电动机的电枢绕组的不正常状态或磁铁的不正常状态中的至少一种通过分析电动机的频率特征来确定。

25.一种控制电动机的方法，其中所述方法包括：

将谐波施加到电压，所述电压将被施加至洗衣机的旋转电动机；以及

分析输出频率特征以确定电动机的状态。

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