CN1203226C - 洗衣机内的衣物重量的检测装置及方法 - Google Patents

洗衣机内的衣物重量的检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于检测采用无传感器的BLDC电动机的洗衣机内的衣物重量的方法,该方法包括步骤:在电动机起动并达到一定转速之后,确定第一预定时间是否经过;以及当第一预定时间经过时,采用转矩控制方式控制电动机,并且在第二预定时间经过之后,根据电动机转速检测衣物重量。即便在不定期施加电压的环境下,也可准确测量衣物重量,并可有效洗涤衣物。此外,由于采用无传感器的BLDC电动机的洗衣机的衣物重量检测装置不包含霍尔传感器及其***电路,因而该衣物重量检测装置结构简单,从而其价格可降低。

Description

洗衣机内的衣物重量的检测装置及方法
技术领域
本发明涉及用于检测采用无传感器的BLDC电动机的洗衣机内的衣物重量的装置及方法,具体涉及以下用于检测采用无传感器的BLDC电动机的洗衣机内的衣物重量的装置及方法,即该装置及方法能够通过使用视衣物重量而定的电动机转速差检测干燥状态下的衣物重量。
背景技术
最近,为了提高待洗衣物的洗涤程度并减少洗衣机的噪声和能耗,已在洗衣机中采用了一种能对电动机转速进行自由可变控制的逆变器,除此之外,为了调节水位和洗涤剂数量,还采用了一种用于检测洗衣机中的衣物重量(待洗衣物的重量)的方法。
图1是示出了根据现有技术的BLDC电动机的驱动装置的电路图。
如图1所示,驱动装置包括:整流器11,用于整流和平滑交流电;逆变器12,用于把所整流和平滑的电压和电流施加给BLDC电动机,并控制电动机转子(未显示)的转速;位置检测器14,用于通过使用安装在电动机13上的霍尔(Hall)装置17,检测电动机13的转子位置;微计算机15,用于接收由位置检测器14检测的位置检测信号,并控制电动机13的转速;以及脉宽调制器16,用于接收来自微计算机15的控制信号,调制输出脉宽,并控制逆变器12。
以下将对采用上述结构的常规BLDC电动机的驱动装置进行阐述。
当整流器11整流和平滑输入的交流电并把其施加给逆变器12时,逆变器12接收来自脉宽调制器16的驱动信号,并把三相电压施加给电动机13。
因此,电动机13开始旋转。此时,位置检测器14通过使用安装在电动机13上的霍尔装置17,检测电动机13的转子位置,并根据所检测的位置值把一个电压值输入到微计算机15。
微计算机15利用该电压值计算电动机13的转速,把所计算的转速与预设的参考转速进行比较,并把用于以期望转速旋转电动机13的控制信号输出到脉宽调制器16。
一旦收到来自微计算机15的控制信号,脉宽调制器16便转换控制信号的电平并把该电平输出到逆变器12。
使用BLDC电动机检测衣物重量的方法有两种。
第一种方法是在预定时间内使电动机13加速到一定转速,然后切断电源,以便检查电动机13减速的速率,从而测量衣物重量。这就是说,就该方法而论,可测量电动机13随衣物重量而改变的惯性,以检测衣物重量。该方法主要用于采用脉冲器(未显示)来减少电动机13的旋转力或者通过离合器和齿轮来改变电动机方向的洗衣机。
第二种方法是测量电动机13达到一定转速所用的时间。就该方法而论,由于电动机13直接与脉冲器(未显示)或内桶(未显示)相连并被驱动,因而该方法适用于采用直接驱动法的洗衣机。
以下将参照图2A至2E,对采用直接驱动法的洗衣机使用的衣物重量检测法进行说明。
当电动机13在最初阶段被校准在一定位置之后,施加给电动机13的电压值被定期增加。
这就是说,如图2A所示,控制占空比(逆变器12的6个晶体管开关的接通/断开比),以便与每相所对应的电压值成比例,从而增加电压值。
之后,当微计算机15定期增加施加给电动机13的相电压时,直接与电动机13或脉冲器相连的内桶的转速被逐步增加。
在转速增加的情况下,如图2B所示,如果当前衣物重量与参考衣物重量相比较大,则电动机13将产生更大转矩,从而使电动机13或内桶达到参考转速或参考位置所花的时间比参考时间多。
因而,在把一定转矩施加给电动机13的这段时间中,如果当前衣物重量大于参考衣物重量,则在参考时间经过之后,电动机13或内桶达到参考转速或参考位置。
相反,如果当前衣物重量较小,则电动机13或内桶便用比参考时间较短的时间达到参考转速或参考位置。
在把一定电压施加给电动机13之后,计算电动机13或内桶达到一定转速或一定位置所用的时间,从而检测衣物重量。
然而,在衣物重量检测方法中,有许多因素影响所检测的衣物重量的准确性,这些因素包括:机械因素,例如,轴承箱的偏差,内桶的振动差,阻尼器的偏差;电动机因素,例如,电动机13的电阻,或者电感;以及控制电路因素,例如,电压检测电路,电压变化或温度。其中,随电源电压变化而定的电压检测误差是对检测洗衣机内的衣物重量影响最大的因素。
如图3A至3D所示,如果围绕洗衣机用电较多,则输入到洗衣机的电源电压值减少,并且根据在驱动洗衣机时的衣物重量和工作转速,逆变器12的直流链路终端电压随电容器的有限容量而变化。
因而,难以在最初阶段检测电动机13的准确旋转次数。此外,如图3B所示,在检测衣物重量时,如果电源电压增加到高于参考电压,则由于电动机转速达到参考转速所花的时间Δt1比Δt0短,因而出现与时间Δt1相对应的洗衣检测误差。
相反,如果电源电压减少到低于参考电压,则由于电动机转速达到参考转速所花时间为Δt2,因而检测出与时间Δt2相对应的衣物重量较大。
因此,使用电动机达到参考转速或参考位置所用的时间来检测衣物重量的方法存在下列问题。
这就是说,为了准确计算衣物重量,无论衣物重量或周围环境如何,都应施加一定电压。但是如果由于周围环境而没有向电动机施加一定电压,则所计算的衣物重量便会与实际值出入很大。
发明内容
因此,本发明的一个目的是提供下列一种用于检测衣物重量的方法,即该方法能够在未定期施加电压以检测衣物重量的环境下,准确测量衣物重量并能有效洗涤衣物,而无需准确检测电动机的旋转次数。
本发明的另一目的是提供下列一种用于检测衣物重量的装置,即该装置能采用简单结构降低单位成本,而无需在采用BLDC电动机的洗衣机内安装霍尔传感器及其***电路。
为获得这些和其他优点并根据本发明的目的,正如本文所具体包含和全面说明的那样,提供了一种一种用于检测洗衣机内的衣物重量的装置,该洗衣机采用无传感器的BLDC电动机,所述装置包括:整流器,用于整流和平滑交流电;逆变器,用于把所整流和平滑的电压和电流施加给BLDC电动机,并控制电动机转子的转速;位置检测器,用于检测施加给电动机的电流,并检测电动机的转子位置;微计算机,用于接收由位置检测器检测的位置检测信号,并控制电动机转速;脉宽调制器,用于接收来自微计算机的控制信号,调制输出脉宽,并控制逆变器;以及存储器,用于存储从微计算机输出的电动机的转速值。
根据本发明的另一个方面,提供一种使用上述装置检测洗衣机内的衣物重量的方法,该方法包括以下步骤:在电动机被驱动并达到一定转速之后,确定是否经过一个第一预定时间;以及当经过第一预定时间时,以转矩控制方式控制电动机,并且在经过一个第二预定时间之后,根据电动机转速来检测衣物重量;其中,所述第一预定时间是指微计算机可根据电动机转子的位置检测而忽略误差的时间,所述的一定转速是指微计算机可根据电动机转子的位置检测而忽略误差的转速,所述第二预定时间是指可根据电动机转速检测衣物重量所用的时间。
根据本发明的再一个方面,提供一种使用上述装置检测洗衣机内的衣物重量的方法,该方法包括以下步骤:当用户所选方式是衣物重量检测方式时,则起动电动机并确定电动机是否达到一定转速;当电动机达到所述一定转速时,则确定是否已经过一个第一预定时间,并且以转矩控制方式控制电动机;在采用转矩控制方式控制电动机之后,当经过一个第二预定时间时,存储电动机转速;以及根据所存储的电动机转速来检测衣物重量;其中,所述第一预定时间是指微计算机可根据电动机转子的位置检测而忽略误差的时间,所述的一定转速是指微计算机可根据电动机转子的位置检测而忽略误差的转速,所述第二预定时间是指可根据电动机转速检测衣物重量所用的时间。
通过以下结合附图对本发明进行的详细说明,将对本发明的上述和其他目的、特点、方面和优点有更加清楚的了解。
附图说明
附图包含在本文中以便于进一步了解本发明,并且纳入本说明书并构成本说明书的一部分。这些附图不仅显示本发明的实施例,而且还与说明书一起用来阐明本发明的原理。
在附图中:
图1是示出了根据现有技术的BLDC电动机的驱动装置的电路图;
图2A示出了根据现有技术为检测图1的衣物重量而增加的占空比的波形;
图2B是示出了根据现有技术施加给电动机的电压随时间经过而增加的图表;
图2C是示出了根据现有技术视衣物重量而定的电动机转速达到参考转速所用时间的图表;
图2D示出了根据现有技术的逆变器的“A”相电压的波形以及通过逆变器的开关操作使周期变快的波形;
图2E示出了根据现有技术的逆变器的“A”相电流的波形;
图3A示出了根据现有技术占空比随逆变器内的门驱动信号的接通/断开操作而变化的波形;
图3B和图3C是示出了施加给电动机的平均电压达到参考转速所用时间随电源电压变化而不同的图表;
图3D示出了电源电压变化以及直流链路终端电压变化的波形;
图4是示出了根据本发明优选实施例的无传感器的BLDC电动机的驱动装置的电路图;
图5是根据本发明优选实施例的用于检测采用无传感器的BLDC电动机的洗衣机内的衣物重量的方法的流程图;以及
图6是示出了根据本发明优选实施例的用于检测采用无传感器的BLDC电动机的洗衣机内的衣物重量的驱动图形的图表。
具体实施方式
以下将对本发明的优选实施例进行详细阐述,这些优选实施例的实例都在附图中作了说明。
图4是示出了根据本发明优选实施例的无传感器的BLDC电动机的驱动装置的电路图。
如图4所示,无传感器的BLDC电动机的驱动装置包括:整流器41,用于整流和平滑交流电;逆变器42,用于把所整流和平滑的电压和电流施加给BLDC电动机,并控制电动机转子(未显示)的转速;位置检测器44,用于检测施加给电动机43的电流,并检测电动机43的转子位置;微计算机45,用于接收由位置检测器44检测的位置检测信号,并控制电动机43的转速;存储器47,用于存储从微计算机45输出的电动机的转速值;以及脉宽调制器46,用于接收来自微计算机的控制信号,调制输出脉宽,并控制逆变器42。
以下将参照图4至图6,并根据无传感器的BLDC电动机(以下简称“电动机”)的驱动装置,对根据本发明的用于检测采用无传感器的BLDC电动机的洗衣机内的衣物重量的装置及方法进行说明。
当用户把待洗衣物放入内桶(未显示)之后,按下洗衣开始按钮。然后,微计算机45对其进行识别并接通逆变器42的晶体管以旋转电动机43,从而检测衣物重量(步骤S51~S52)。
当电动机43开始旋转时,由于在位置检测中出现误差并且难以准确控制转矩,因而衣物重量检测时间被分为两个间隔,即:电动机43以一定转速被驱动的时间间隔(即可将位置检测误差忽略不计的时间(T1)),以及加速电动机43的时间间隔(T2)。
之后,当加速电动机43的时间间隔经过时,基于视衣物重量而定的转速差,确定准确的衣物重量。
换句话说,当电动机43开始旋转时,微计算机45使用脉宽调制器45定期接通和断开剩余的晶体管,直到电动机43达到一定转速(V1RPM)。
当电动机43达到一定转速时(V1 RPM(转/分)),微计算机45在一段预定时间(T1)内以一定转速(V1 RMP)驱动电动机43(步骤S53)。
在驱动电动机54的最初阶段,大体上,在位置检测中出现误差,并且尤其是施加给电动机43的电流和电压的误差,而且根据电流和电压信号计算的位置检测误差也相当大。
于是,微计算机45将不会执行准确的转矩控制,并且即便微计算机45执行转矩控制,它也不会根据电动机43的转速差准确测量衣物重量。
此外,尽管电动机按照某一转速驱动以使电动机43的转子位置稳定,然而由于转速因电动机43的加速特性而变得不恒定,因而转速在某种程度上需要保持一段预定时间,以使位置检测误差可忽略不计(步骤S54)。
在此方面,根据实验结果,所述的一定转速(V1 rpm)和预定时间(T1)分别为70rpm和6秒,但也可依电动机性能而变化。
在预定时间(T1)经过之后,微计算机45把电动机45的控制方法改为转矩控制方法(电流控制)(步骤S55)。
因此,在电动机43以一定转矩加速的情况下,将根据衣物重量在预定时间(T2)内出现转速差,根据该转速差检测衣物重量(步骤S56~S58)。此时,预定时间(T2)为1~2秒,但也可依电动机性能而变化。
这就是说,在预定时间(T2)经过之后,电动机43的转速视衣物重量而不同,并且微计算机45把各转速均存储在存储器内,根据所存储的转速检测衣物重量,由此设置准确的供水量和洗衣时间并执行洗衣工作,而不会超出或缺少洗衣时间。
另一种用于在预定时间(T2)内检测衣物重量的方法是:微计算机45根据电动机转速把衣物重量作为查阅表存储在存储器内,并通过在预定时间(T2)内参照查阅表来确定衣物重量。
如上所述,用于检测采用无传感器的BLDC电动机的洗衣机内的衣物重量的方法具有下列优点:即便在不定期施加电压的环境下,也可准确测量衣物重量,并可有效洗涤待洗衣物。
此外,由于采用无传感器的BLDC电动机的洗衣机的衣物重量检测装置不包括霍尔传感器及其***电路,因而该衣物重量检测装置结构简单,从而其价格可降低。
由于在不背离本发明的精神或实质特点的情况下本发明可采用几种形式予以实施,因此也应理解成,如果未有其他规定,上述实施例不受前面任何一种详细说明的限制,而应在按照所附权利要求中定义的本发明的精神和范围内作广义解释。因此,凡是在权利要求得到满足和允许的范围内,或者在与此类权利要求得到满足和允许的等效范围内所作的全部变动和修改,都将包含在所附权利要求之内。

Claims (4)

1.一种用于检测洗衣机内的衣物重量的装置,该洗衣机采用无传感器的BLDC电动机,其特征在于,所述装置包括:
整流器,用于整流和平滑交流电;
逆变器,用于把所整流和平滑的电压和电流施加给BLDC电动机,并控制电动机转子的转速;
位置检测器,用于检测施加给电动机的电流,并检测电动机的转子位置;
微计算机,用于接收由位置检测器检测的位置检测信号,并控制电动机转速;
脉宽调制器,用于接收来自微计算机的控制信号,调制输出脉宽,并控制逆变器;以及
存储器,用于存储从微计算机输出的电动机的转速值。
2.一种使用如权利要求1所述的用于检测洗衣机内的衣物重量的装置检测洗衣机内的衣物重量的方法,该方法包括以下步骤:
在电动机被驱动并达到一定转速之后,确定是否经过一个第一预定时间;以及
当经过第一预定时间时,以转矩控制方式控制电动机,并且在经过一个第二预定时间之后,根据电动机转速来检测衣物重量;
其中,所述第一预定时间是指微计算机可根据电动机转子的位置检测而忽略误差的时间,所述的一定转速是指微计算机可根据电动机转子的位置检测而忽略误差的转速,所述第二预定时间是指可根据电动机转速检测衣物重量所用的时间。
3.一种使用如权利要求1所述的用于检测洗衣机内的衣物重量的装置检测洗衣机内的衣物重量的方法,该方法包括以下步骤:
当用户所选方式是衣物重量检测方式时,则起动电动机并确定电动机是否达到一定转速;
当电动机达到所述一定转速时,则确定是否已经过一个第一预定时间,并且以转矩控制方式控制电动机;
在采用转矩控制方式控制电动机之后,当经过一个第二预定时间时,存储电动机转速;以及
根据所存储的电动机转速来检测衣物重量;
其中,所述第一预定时间是指微计算机可根据电动机转子的位置检测而忽略误差的时间,所述的一定转速是指微计算机可根据电动机转子的位置检测而忽略误差的转速,所述第二预定时间是指可根据电动机转速检测衣物重量所用的时间。
4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,在检测衣物重量的步骤中,视电动机转速而定的衣物重量被预先作为查阅表存储,并且在经过第二预定时间之后,通过参照查阅表来检测衣物重量。
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