CN108691149A - 无感测器的直流无刷马达负载测量方法以及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无感测器的直流无刷马达负载测量方法，适用于一洗涤类家电，步骤包括：通过一驱动电路将一直流无刷马达自一起始转速加速至一第一转速；控制电路失能驱动电路；通过一检测电路取得对应于直流无刷马达的各个相位的相位电压信息；以及通过控制电路根据相位电压信息的至少一者取得直流无刷马达自第一转速减速为一第二转速所花费的一第一时间，并根据第一时间以及一第一查找表取得对应于一负载的一第一预测重量。

Description

无感测器的直流无刷马达负载测量方法以及其装置
技术领域
本发明涉及一种无感测器的直流无刷马达负载测量方法以及其装置，特别涉及一种根据马达的相位电压信息测量衣物重量的无感测器之直流无刷马达负载测量方法以及其装置。
背景技术
现今洗涤类家电(例如直立式洗衣机、滚筒洗衣机等)所常用的衣物重量检测方法为将马达加速至一既定速度后，利用旋转惯量原理间接地检测出滚筒内的衣物重量。其原理为于马达的传动***摩擦系数固定的情况下，当马达自既定速度自由减速时，其减速度会因滚筒内的衣物重量差异而有所不同，藉此可利用减速度差异间接地推算出滚筒内的衣物重量。
而于测量马达自由减速的转速变化时，现有技术通常是通过计算电机反电动势的脉冲计数的次数。然而，于计算脉冲计数的次数时，通常需使用光耦合器传递高压信号，再利用比较放大线路将反电动势整形成脉冲波，如此将会提高主控制板的制造成本。此外，由于脉冲信号只能萃取反电动势过零点的信息，因此其所检测出的衣物重量准确度亦较低。
因此，如何在无感测器的情况下，以较简易的方式精准地测量衣物重量为目前所需解决的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种无感测器的直流无刷马达负载测量方法，适用于一洗涤类家电，步骤包括：通过一驱动电路将一直流无刷马达自一起始转速加速至一第一转速；控制电路失能驱动电路；通过一检测电路取得对应于直流无刷马达的各个相位的相位电压信息；以及通过控制电路根据相位电压信息的至少一者取得直流无刷马达自第一转速减速为一第二转速所花费的一第一时间，并根据第一时间以及一第一查找表取得对应于一负载的一第一预测重量。
本发明更提供一种无感测器的直流无刷马达负载测量装置，适用于一洗涤类家电，包括一直流无刷马达、一驱动电路、一检测电路以及一控制电路。驱动电路用以驱动直流无刷马达自一起始转速加速至一第一转速。检测电路用以检测对应于直流无刷马达的各个相位的相位电压信息。控制电路用以根据相位电压信息的至少一者取得直流无刷马达自上述第一转速减速为一第二转速所花费的一第一时间，并根据第一时间以及一第一查找表取得对应于一负载的一第一预测重量。
附图说明
图1是显示根据本发明一实施例所述的负载测量装置的区域图。
图2是显示根据本发明一实施例所述的负载测量装置的不同运行阶段的示意图。
图3是显示根据本发明一实施例所述的负载测量方法的流程图。
附图标记说明：
100～无感测器的直流无刷马达负载测量装置
110～马达
120～驱动电路
120A～第一桥背结构
120B～第二桥背结构
120C～第三桥背结构
121、122、123～下桥背开关元件
124、125、126～上桥背开关元件
130～检测电路
131～分压电路
132～RC电路
140～控制电路
C1、C2、C3～电容
R1、R2、R3～电阻
S1、S2、S3、S4～转速
S301～S308～步骤流程
SC～控制信号
SI～起始转速
T1、T2～持续运转时间
TW1、TW2、TW3、TW1’～转速变化所花费的时间
u、v、w～相位节点
具体实施方式
有关本发明的装置以及方法适用的其他范围将于接下来所提供的详述中清楚易见。必须了解的是下列的详述以及具体的实施例，当提出有关无感测器的直流无刷马达负载测量装置以及其方法之示范实施例时，仅作为描述的目的以及并非用以限制本发明的范围。
图1是显示根据本发明一实施例所述的负载测量装置的区域图。负载测量装置100适用于洗涤类家电，例如滚筒洗衣机、直立式洗衣机、干衣机/烘衣机等，可包括一马达110、一驱动电路120、一检测电路130以及一控制电路140。其中，马达110为一直流无刷马达(BLDC)。驱动电路120用以根据控制信号SC驱动马达110。检测电路130用以检测马达110的各个相位的端电压对一接地电平的相位电压信息。控制电路140用以输出控制信号SC，以及根据相位电压信息推算转速信息，并根据转速信息、一第一查找表以及一第二查找表取得衣物的预测重量。值得注意的是，负载测量装置100并不包括位置感测器。
如图1所示，驱动电路120包括一第一桥背结构120A、一第二桥背结构120B以及一第三桥背结构120C。马达110通过节点u电性连接至第一桥背结构120A的一上桥背开关元件124以及一下桥背开关元件121，通过节点v电性连接至第二桥背结构120B的一上桥背开关元件125以及一下桥背开关元件122，以及通过节点w电性连接至第三桥背结构120C的一上桥背开关元件126以及一下桥背开关元件123。
检测电路130是由分压电路131以及RC电路132所构成。控制电路140分别通过分压电路131以及RC电路132电性连接至节点u、节点v以及节点w，以分别取得马达110的节点u、节点v以及节点w对接地电平的相位电压信号EuG、相位电压信号EvG以及相位电压信号EwG。
图2是显示根据本发明一实施例所述的负载测量装置的不同运行阶段的示意图。于第一运行阶段(Stage 1)，当使用者将衣物投入滚筒洗衣机的滚筒中并启动滚筒洗衣机时，由于衣物集中于滚筒的下半部分，因此为了提高重量测量的精准度，控制电路140输出控制信号SC以控制驱动电路120驱动马达110反复地正转与反转以搅散衣物。举例来说，如图2所示，驱动电路120将马达110以顺时针方向自零转加速至第一转速S1(约600～1000RPM)，并维持转速S1持续一既定时间T1(例如维持转速S1持续5～10秒)，再将马达110自第一转速S1减速至零转。接着，驱动电路120将马达110以逆时针方向自零转加速至第一转速S1，并维持第一转速S1持续一既定时间T1，再将马达110自第一转速S1减速至零转，藉此以分散衣物。值得注意的是，为了精简说明，图2中所示的第一运行阶段马达110仅执行一次正转与反转，但可根据使用者的需求增加正转与反转的反复次数，并非以此为限。
于第二运行阶段(Stage 2)，驱动电路120通过施加一既定q轴电流(例如1～5安培的q轴电流)以取得一固定转矩，并将马达110自一起始转速SI(约0～500RPM)加速至一第二转速S2(约3000～4000RPM)，并通过控制电路140测量马达110自一起始转速SI加速至第二转速S2所花费的时间。在转矩固定的情况下，由于衣物重量与所花费的时间成正比(如图2中所示，当W3>W2>W1时，TW1<TW2<TW3)，因此可根据测量到的时间参考一第一查找表以推算衣物的第一预测重量。如下所示，表1显示有关所花费的时间与衣物重量的相关信息。举例来说，当控制电路140测量到马达110自起始转速SI加速至第二转速S2所花费的时间约为1.9秒时，则可根据第一查找表的内容推得衣物的重量约为1公斤。
0公斤 1公斤 2公斤 3公斤
平均花费时间 1.6秒 1.9秒 2.2秒 2.4秒
表1
于第三运行阶段(Stage 3)，当马达110加速至第二转速S2后，驱动电路120即以既定减速度a1(例如-1000RPM/秒)将马达110自前述的第二转速S2减速至起始转速SI。
于第四运行阶段(Stage 4)，驱动电路120是以一固定加速度a2(例如300RPM/秒)将马达110自起始转速SI加速至第三转速S3，以使衣物的分布更为平均。
于第五运行阶段(Stage 5)，当马达110加速至第三转速S3后，驱动电路120驱动马达110以第三转速S3持续运转一第二既定时间T2(例如维持转速S3持续5～10秒)，以让衣物平均平贴于滚筒的内部，以更进一步地提高重量测量的精准度。
于第六运行阶段(Stage 6)，控制电路140失能驱动电路110，使得马达110自第三转速S3自由减速。根据本发明一实施例，于马达110运转期间，检测电路130分别取得马达110的相位电压信号EuG、相位电压信号EvG以及相位电压信号EwG，并通过下列方程序程序计算反电动势线电压实时振幅值：
Euv＝EuG-EvG (1)
Evw＝EvG-EwG (2)
Ewu＝EwG-EuG (3)
|Eb-LL|＝K·Motor_speed (5)
其中，EuG、EvG以及EwG为相位电压信号，Euv、Evw、Ewu为各个相位之间的反电动势线电压，|Eb-LL|为反电动势线电压实时振幅值，Motor_speed为马达转速，以及K为常数。
接着，即可根据求得的反电动势线电压实时振幅值推得马达110的实时转速。最后，再根据马达110自第三转速S3自由减速至第四转速S4所花费的时间TW1’根据一第二查找表推算衣物的第二预测重量。如下所示，表2是显示有关所花费的时间与衣物重量的相关信息。举例来说，当控制电路140测量到马达110自第三转速S3自由减速至第四转速S4所花费的时间约为3.9秒时，则可根据第二查找表的内容推得衣物的重量约为1公斤。
0公斤 1公斤 2公斤 3公斤
平均花费时间 3.3秒 3.9秒 4.5秒 4.9秒
表2
值得注意的是，反电动势线电压实时振幅值可根据相位电压信号EuG、相位电压信号EvG以及相位电压信号EwG推得，以及前述的各个转速、运转时间、q轴电流、加速度以及减速度等参数的定义仅用以作为对其进行说明的目的，各个参数的设定可根据使用者的需求进行调整，并非以此为限。
此外，根据本发明另一实施例，控制电路140亦可仅根据相位电压信号EuG、相位电压信号EvG以及相位电压信号EwG的任一者或者其中的任两者推得反电动势的非实时电压信息(例如峰值信息)以及过零点信息等，并根据非实时电压信息或者过零点信息推算马达的转速，如此亦可达到降低主控制板的电路设计的复杂度的目的。
根据本发明一实施例，当控制电路140取得衣物的第一预测重量以及衣物的第二预测重量时，可通过计算第一预测重量以及第二预测重量的平均值或者分别给予第一预测重量以及第二预测重量不同的权重，以计算衣物的最后重量。除此之外，控制电路140亦可仅选择第一预测重量以及第二预测重量中最重一者作为衣物之最后重量，以避免因错估衣物的重量而造成洗衣机投入水量不足。
值得注意的是，图2中所示的各个阶段的运行顺序仅用以作为对其进行说明目的，上述运行顺序可根据使用者的需求改变。以及，在不脱离本发明的构思构思以及范围内，可于各个阶段之间增加额外的阶段或者减少运行之阶段。
图3是显示根据本发明一实施例所述的用于无感测器的直流无刷马达负载测量方法的流程图。示范方法300起始于步骤S301，驱动电路120将马达110分别以正转以及反转的方式加速至第一转速S1，并持续运转第一既定时间T1，再减速至零转。于步骤S302，控制电路140控制驱动电路120以一既定转矩将马达110自起始转速SI加速至第二转速S2，并测量马达110自起始转速SI加速至第二转速S2所花费的时间TW1。于步骤S303，控制电路140根据时间TW1以及第一查找表取得衣物的第一预测重量。接着，进入步骤S304，控制电路140控制驱动电路120以第一减速度a1将马达110自第二转速S2减速至零转。
于步骤S305，控制电路140控制驱动电路120以第二加速度a2将马达自起始转速SI加速至第三转速S3。于步骤S306，驱动电路140驱动马达110以第三转速S3持续运转第二既定时间T2。于步骤S307，控制电路140失能驱动电路110，使得马达110自第三转速S3自由减速。于马达110减速期间，控制电路140分别根据检测电路130所取得的相位电压信号EuG、相位电压信号EvG以及相位电压信号EwG推算马达110的转速，并测量马达110自第三转速S3减速至第四转速S4所花费的时间TW1’，再根据时间TW1’以及第二查找表取得第二预测重量。最后，进入步骤S308，控制电路140根据第一预测重量以及第二预测重量取得马达110的最后负载重量。
值得注意的是，示范方法300中步骤的顺序仅用以作为对其进行说明的目的，以及步骤的顺序可根据使用者的需求改变。在不脱离本发明的构思构思以及范围内，可增加额外的步骤或者使用更少的步骤。
综上所述，根据本发明一实施例所提出的无感测器的直流无刷马达负载测量装置以及其方法，通过检测马达于自由降速时的各个相位的相位电压信息可推得马达的反电动势线电压实时振幅值，并可根据实时振幅值推得马达的实时转速信息，再通过测量马达的实时转速变化所花费的时间取得衣物的重量。相较于现有技术，由于现有技术通常仅根据反电动势过零点信息所推得的转速信息，因此本发明所取得的实时转速信息具有优选的转速分辨率，藉此可取得更精确的衣物重量预测值，更可降低主控制板的电路设计的复杂度，进而减少主控制板的成本。
以上叙述许多实施例的特征，使所属技术领域中技术人员能够清楚理解本说明书的形态。所属技术领域中技术人员能够理解其可利用本发明公开内容为基础以设计或变动其他制程及结构而完成相同于上述实施例的目的及/或达到相同于上述实施例的优点。所属技术领域中技术人员亦能够理解不脱离本发明的构思构思和范围的等效构造可在不脱离本发明的构思构思和范围内作任意的变动、替代与润饰。

Claims (20)

1.一种无感测器的直流无刷马达负载测量方法，适用于一洗涤类家电，包括：
通过一驱动电路将一直流无刷马达自一起始转速加速至一第一转速；
通过一控制电路失能上述驱动电路；
当上述直流无刷马达自上述第一转速减速为一第二转速时，通过一检测电路取得对应于上述直流无刷马达的各个相位的相位电压信息；以及
通过上述控制电路根据上述相位电压信息的至少一者取得上述直流无刷马达自上述第一转速减速为一第二转速所花费的一第一时间，并根据上述第一时间以及一第一查找表取得对应于一负载的一第一预测重量。
2.如权利要求1所述的无感测器的直流无刷马达负载测量方法，还包括：
通过上述控制电路根据上述相位电压信息计算对应于上述直流无刷马达的反电动势信息，以及根据上述反电动势信息取得上述直流无刷马达的转速信息，并根据上述转速信息取得上述第一时间。
3.如权利要求2所述的无感测器的直流无刷马达负载测量方法，还包括：
通过上述驱动电路以一既定转矩将上述直流无刷马达自上述起始转速加速至一第三转速；以及
通过上述控制电路测量上述直流无刷马达自上述起始转速加速至上述第三转速的一加速时间，并根据上述加速时间以及一第二查找表取得对应于上述负载的一第二预测重量。
4.如权利要求3所述的无感测器的直流无刷马达负载测量方法，还包括：
通过上述驱动电路以一第一加速度将上述直流无刷马达自上述起始转速加速至上述第一转速。
5.如权利要求3所述的无感测器的直流无刷马达负载测量方法，还包括：
通过上述驱动电路以上述第一转速持续运转上述直流无刷马达一第一既定时间，再自上述第一转速减速为上述第二转速。
6.如权利要求5所述的无感测器的直流无刷马达负载测量方法，还包括：
通过上述控制电路平均上述第一预测重量以及上述第二预测重量以取得一最后负载重量。
7.如权利要求5所述的无感测器之直流无刷马达负载测量方法，还包括：
通过上述控制电路选取上述第一预测重量以及上述第二重量的最重一者以作为一最后负载重量。
8.如权利要求2所述的无感测器的直流无刷马达负载测量方法，还包括：
通过上述驱动电路以一第一加速度将上述直流无刷马达自上述起始转速加速至上述第一转速。
9.如权利要求8所述的无感测器的直流无刷马达负载测量方法，还包括：
通过上述驱动电路以上述第一转速持续运转上述直流无刷马达一第一既定时间，再自上述第一转速减速为上述第二转速。
10.如权利要求9所述的无感测器的直流无刷马达负载测量方法，还包括：
通过上述驱动电路以一既定转矩将上述直流无刷马达自上述起始转速加速至一第三转速；
通过上述控制电路测量上述直流无刷马达自上述起始转速加速至上述第三转速的一加速时间，并根据上述加速时间以及一第二查找表取得对应于上述负载的一第二预测重量；以及
通过上述驱动电路以一第二加速度将上述直流无刷马达自上述第三转速减速至零转。
11.如权利要求10所述的无感测器的直流无刷马达负载测量方法，还包括：
通过上述控制电路平均上述第一预测重量以及上述第二预测重量以取得一最后负载重量。
12.如权利要求10所述的无感测器的直流无刷马达负载测量方法，还包括：
通过上述控制电路选取上述第一预测重量以及上述第二重量的最重一者以作为一最后负载重量。
13.如权利要求10所述的无感测器的直流无刷马达负载测量方法，还包括：
通过上述驱动电路将上述直流无刷马达自上述零转加速至一第四转速，并持续运转一第二既定时间，再减速至上述零转；以及
通过上述驱动电路将上述直流无刷马达以一相反方向自上述零转加速至上述第四转速，并持续运转上述第二既定时间，再减速至上述零转。
14.一种无感测器的直流无刷马达负载测量装置，适用于一洗涤类家电，包括：
一直流无刷马达；
一驱动电路，用以驱动上述直流无刷马达自一起始转速加速至一第一转速；
一检测电路，用以检测对应于上述直流无刷马达的各个相位的相位电压信息；以及
一控制电路，用以根据上述相位电压信息的至少一者取得上述直流无刷马达自上述第一转速减速为一第二转速所花费的一第一时间，并根据上述第一时间以及一第一查找表取得对应于一负载的一第一预测重量。
15.如权利要求14所述的无感测器的直流无刷马达负载测量装置，其中上述驱动电路以一既定转矩将上述直流无刷马达自上述起始转速加速至一第三转速，以及上述控制电路测量上述直流无刷马达自上述起始转速加速至上述第三转速的一加速时间，并根据上述加速时间以及一第二查找表取得对应于上述负载的一第二预测重量，以及其中上述控制电路还根据上述相位电压信息计算对应于上述直流无刷马达的反电动势信息，以及根据上述反电动势信息取得上述直流无刷马达的转速信息，并根据上述转速信息取得上述第一时间。
16.如权利要求14所述的无感测器的直流无刷马达负载测量装置，其中上述驱动电路以一第一加速度将上述直流无刷马达自上述起始转速加速至上述第一转速，以上述第一转速持续运转上述直流无刷马达一第一既定时间，再自上述第一转速减速为上述第二转速，以及其中上述控制电路还根据上述相位电压信息计算对应于上述直流无刷马达的反电动势信息，以及根据上述反电动势信息取得上述直流无刷马达的转速信息，并根据上述转速信息取得上述第一时间。
17.如权利要求16所述的无感测器的直流无刷马达负载测量装置，其中上述驱动电路以一既定转矩将上述直流无刷马达自上述起始转速加速至一第三转速，上述控制电路测量上述直流无刷马达自上述起始转速加速至上述第三转速的一加速时间，并根据上述加速时间以及一第二查找表取得对应于上述负载的一第二预测重量，接着上述驱动电路再以一第二加速度将上述直流无刷马达自上述第三转速减速至零转。
18.如权利要求17所述的无感测器的直流无刷马达负载测量装置，其中上述控制电路平均上述第一预测重量以及上述第二预测重量以取得一最后负载重量。
19.如权利要求17所述的无感测器的直流无刷马达负载测量装置，其中上述控制电路选取上述第一预测重量以及上述第二重量的最重一者以作为一最后负载重量。
20.如权利要求17所述的无感测器的直流无刷马达负载测量装置，其中上述驱动电路将上述直流无刷马达自上述零转加速至一第四转速，并持续运转一第二既定时间，再减速至上述零转，接着再将上述直流无刷马达以一相反方向自上述零转加速至上述第四转速，并持续运转上述第二既定时间，再减速至上述零转。
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