洗衣机装置和方法

专利名称：洗衣机装置和方法
技术领域：
本发明公开涉及洗衣机。更具体地说，本发明公开涉及洗衣机制动。
背景技术：
立轴式洗衣机，也被称为顶部加载衣物的洗衣才几，其在美国代表 整个洗衣机消费市场的大部分。卧轴式洗衣机代表美国市场的较小部 分，而在国外通常代表整个洗衣机消费市场的较大部分。
大多数立轴式洗衣机包括利用离心力从衣物上除去水和/或洗涤 剂，并且使清洗负荷盆旋转的^:转循环，清洗负荷盆也被称为洗衣桶 ("外桶(tub)")或洗衣篮。在一个典型的旋转循环期间，洗衣机的电动 机(通常是感应电动机)使外桶以相对较高的速度旋转。
传统用于清洗机的感应电动机是单相感应电动机或PSC感应电 动机。在某些商业上可获得的清洗机中已经使用了更新近的三相感应 电动机。用于家庭使用的清洗才几中的三相电动机，其通常由标准的单 相交流家用电力来供电。作为三相感应电动才几洗衣4几的一部分，与电 动机相关联的电路将单相交流家用电力转换成三相电力，这种三相电 力在电动机起动时比单相电力更好，并且运行更有效率。
不管是否有所遗漏,感应电动机的简要说明如下感应电动机具 有带短路绕组的转子，其位于带旋转磁场的定子内部。来自旋转场的 磁通在转子中产生电流。电流的频率等于在定子磁场的转速和转子转 速之间的差异。这种定子磁场和转子磁场的速率或频率上的差异被称 为转差率。
转子电流造成转子磁场，其相对于转子以转差频率而旋转，并且相对于定子磁场以相同的转差频率而旋转。在转子/f兹场和定子^l场之 间的相互作用产生了转子中的《|丑矩。
清洗负荷的清洗循环具有各种模式，例如注水、排水和旋转、搅 动和旋转。在清洗循环的各部分之前、期间或之后都可发生制动。制 动可由清洗循环参数以及安全标准、例如UL安全标准来规定。在清
洗循环的旋转模式期间典型的间歇的清洗负荷制动是根据UL安全标 准来执行的。例如，如果盖子(比如立式洗衣机的盖子)在旋转模式或 循环期间被打开，那么清洗负荷在预定的时间范围(例如7秒停止时间) 内制动，则其是UL安全标准。在清洗循环的各种模式期间，其它安 全标准和/或停止时间还可用于安全目的。
某些现有技术中的洗衣机或清洗机通常依赖于机械制动，例如制 动踏板或制动執，以使旋转的负荷，例如衣物清洗机中的洗衣机外桶 变成零速度或者说零角速度。
使用制动踏板或制动靴使洗衣机外桶停止是高成本的，并且还影 响洗衣机的使用寿命，因为各制动靴或制动踏板具有磨损面，其遭遇 磨损，并最终在一定的使用周期之后将由于磨损而失效。因此在配置 有制动踏板或制动靴的清洗机型号的寿命方面存在很大的变化，其依 赖于主观因素，即使用者或消费者对洗衣机的使用情况，包括使用频 率和使用类型。使用类型在循环的选择上会发生变化，例如轻载循环 或重载循环。与轻载循环相关:f关的旋转制动，其可能造成比重载循环 相关联的旋转制动较小的制动器磨损。根据负载尺寸或使用的水位， 在制动方面还存在变化。大的负载可能比小的负载旋转时间更长并以 更大的角速度旋转；因而对制动器造成更大的磨损。较高的水位比较 低的水位、非满载的负荷使用更多的水，且还将需要额外的旋转以除 去水，并可能对制动器造成更大的磨损。
其它现有技术中的洗衣机或清洗机使用永磁电动机和控制电路 来提供对清洗机的制动，而不使用应用于洗衣机外桶的制动踏板或制 动靴，以使旋转的负荷变为零速度或零角速度。总地说来，永磁电动机在制动时运行类似于发电机；通过功率制动电阻器来耗散通常过量
的发电机模式的电能，或者利用例如线性同步技术而将其发送至电气系统。
使用电阻器或线性同步来耗散制动时的能量的现有洗衣机将增 加单位制造成本。例如，在控制电路中使用电阻器将影响控制电路中 的部件尺寸和控制电路的成本。
因此，需要一种洗衣机，其能克服、减轻及/或緩和现有技术中的 洗衣机的其中一个或多个前述有害影响以及其它有害影响。

发明内容
本发明提供了 一种洗衣机，其包括感应电动机和带反馈回路的电 动机控制电路。反馈回路将转子速度提供给电动机控制电路的微处理 器。电动机控制电路和反馈回路控制电动机，使得电动机在反向频率
(reverse frequency)冲莫式下运4亍，其为洗衣才A4是供制动。
本发明提供了 一种用于洗衣机制动的典型方法。这种使洗衣机制 动的方法包括使具有电动机的先衣机制动的方法，该方法包括使电 动机在反向频率制动^^莫式下运^",以使电动机减慢至第一低速；并且 当电动机以第二低速运行时使电动机在直流制动才莫式下运行，其中， 第二低速小于第一低速，并且在直流制动模式下使电动机减慢至停 止。
上面的概要描述相当广泛地阐述了本发明的更重要的特征，以便 更好地理解其以下的详细说明，并可更好地领会其对本领域的贡献。 当然，后文中将描述本发明的额外的特征，其将为附属权利要求的主
题所用。
在这方面，在详细解释本发明的若干实施例之前，应该懂得本发
细节和部件布置。本发明能够具有其它实施例，并能够以各种方式来 实践和实现。另外，应该懂得这里采用的用语和术语是为了描述的目的，而不应该被认为是限制目的。
因此，本领域中的技术人员应该懂得基于本发明公开的概念，其 可易于被用作设计其它用于实现本发明的若干目的的结构、方法和系 统的基础。因此，重要是认为权利要求包括这种等效结构，只要其不 脱离本发明的精神和范围。
此外，前面摘要的目的是可使美国专利和商标局以及公众、尤其 本领域中不熟悉专利或法律术^"或用语的科学家、工程师和专业人员 可从粗略的检查中快速地确定本申请的技术发明公开的性质和本质。 因此，摘要既不意图限定本发明或本申请，其仅由权利要求确定，而 且也不意图以任何方式来限制本发明的范围。
此外，在前面背景和详细说明中所使用的段落标题的目的是可使 美国专利和商标局以及公众、尤其本领域中不熟悉专利或法律术语或 用语的科学家、工程师和专业人员可从粗略的检查中快速地确定本申 请的技术发明公开的性质和本质。因此，段落标题既不意图限定本发 明或本申请，其仅由权利要求确定，而且也不意图以任何方式来限制 本发明的范围。
本领域中的技术人员从以下详细说明、图纸和附属权利要求将明 晰和理解本发明公开的上述以及其它特征和优点。


图1是根据本发明一个典型实施例的洗衣机的截面图； 图2显示了一个典型的立轴式洗衣机的示例性外表，以及某些内 部部件；
图3显示了本发明一个实施例的典型的控制电路； 图4显示了利用反向频率才莫式的本发明的制动的典型实施例的功 能框图5是示例性的开环传递函数的示例，图5未示出本发明实施例 的反馈。图6是典型的三相感应电动机的横截面图，其包括转子和定子； 图7显示了作为本发明实施例的一部分的负频率制动模式的示
例，其中转子以由箭头G^所示的逆时针方向旋转，定子电场以由箭头
&<所示的顺时针方向旋转，为&<的反方向；
图8显示了用于本发明一个典型实施例的速度-时间的示例性制
动曲线图。
具体实施方式
遂衣农介/#
参看图纸，尤其图1，其显示并大体上用标号IO表示根据本发明 的一个典型实施例洗衣机("清洗机")。出于清晰起见，这里只描述理 解本发明公开所需要的清洗机10的那些方面。
清洗机10包括电动机12和电动机控制单元14。电动机12是三 相交流(AC)感应电动机，并且在某些实施例中包括与之集成一体的电 动机控制单元14。与之集成一体的电动机控制器在这里被称为集成电 动机控制器(ICM)或控制电路。电动机控制单元14可包括针对本发明 一个典型实施例而定制的电路。
清洗机10包括外壳20,其以己知的方式支撑固定的外桶22、洗 篮或者说移动的外桶("外桶")24、搅动器26、电动机12和电动机控制 单元14。图中还显示了搅动器和洗篮的传动轴30,32。洗篮24配置成 保持物品(未显示)，例如有待清洗的衣物。电路14配置成，在接收停 止信号时可造成电路14以某种方式控制电动机，而使得洗篮24停止。 用于本发明典型实施例的示例性制动曲线图示于图8中。该制动曲线 图或图表显示了速度-时间。在初始速度Sm翻下开始制动，并且在大 约7秒后的停止时间Sst。p，电动机停止。在该示例中，在大约7秒的 过程中利用转子13至微处理器61的速度反馈52调整电动机12的速 度，微处理器至逆变器64的输出53调整电动机的输入电压57,这因 此使电动机12适当地减速。适当的制动曲线可由本领域技术人员确定并用于本发明实施例。
在旋转循环期间，洗篮24和搅动器26配置成可由电动机12驱 动，从而围绕竖直轴线28高速旋转。通过这种方式，物品中的液体 通过旋转循环所施加的离心力而除去，并容许通过开孔(未显示)而离 开洗篮。在旋转循环期间，洗篮24具有惯性负荷，其包括来自物品 的惯性负荷和洗篮24固有的惯性负荷。
图2中显示了清洗机的另一示例性附图，其显示了典型的立轴式 清洗机的外表以及某些内部部件。清洗机10包括机箱40、盖子42、 控制面板44和盖子开关46。图2的清洗机10还包括清洗负荷外桶 24(移动外桶)、感应电动机12和集成电动机控制电路14,以及单相交 流电源输入48。
随着电子部件的增加，可配置电力控制电路，以控制清洗机10 的制动。如在本发明的一个典型的实施例中，利用控制电路14可监 测盖子42的位置，控制电路14包括集成电动机控制器14、或其监测 盖子42位置的那一部分。盖子开关46可引起监测电路上的状态变化。
本发明的典型电子控制电路包括部件例如微处理器61(见图3)， 其可利用程序设计语言例如C+十或汇编语言进行编程。或者微处理器 可以是专用集成电路(ASIC)。用于控制电路的微处理器的类型可由本 领域中的普通技术人员来确定。
本发明示例中所示的另一部件是交流至直流转换器部件62，其用 于将单相输入功率(例如美国传统的住宅电压110 v、 60 Hz)转换成直 流电压。控制电路中还包含其它部件，包括用于将单相直流转换成三 相交流功率的逆变器64。同样，部件的选择可由本领域中的普通技术 人员来确定。例如，逆变器可包括IGBT电桥和门驱动器(未显示)。 典型的逆变器64的输出是图3中^f皮标为相位A、相位B和相位C的 三相电压。逆变器64的输出电压是至三相感应电动才几12的输入电压
的另一输出是热监测信号58。微处理器61配置成可处理各种输入，并提供各种输出，其也由 本领域中的普通技术人员确定。本发明实施例的示例性微处理器说明
了输入信号，其包括直流母线电压54、通信信号59(—个或多个)和转 子速度反馈52。本发明并不局限于所示的输入或所示的输入组合。微 处理器61进一步说明了从微处理器至逆变器的典型的输出53。这些 输出为逆变器64提供驱动信号53,以便逆变器64提供各种供给电动 机12的输出电压「和频率/。
图3显示了本发明实施例的典型控制电路14。图3的典型控制电 路14进一步说明了来自电动机12的能量耗损五『所示的能量耗损不 应该理解为由于其存在于控制电路14上的图示而是恒定不变的，相 反，能量耗损恰当地发生在清洗机12的运行期间；其恰当发生时机 可由本领域中的普通技术人员来确定。
在本发明的示例中，在旋转循环期间，驱动系统集成控制器14 和电动机12(ICM)在促动盖子开关之后将洗衣机负荷减速到零速度。 这与机械传动的不同在于，感应电动机电f兹式地停止转动负荷，这与 一些机械制动表面相反。本感应电动才几的方法不同于71^兹电动4几的方 法。在制动操作期间，电动机产生减慢驱动负荷的速度的扭矩。方法 和/或装置的各种实施例可用于提供制动能，该制动能根据系统动能的 变化而量化。制动扭矩或减速扭矩也通过方法和/或装置的各种实施例 传递。
,鰣斜动叙M《悉,模4
在本发明的实施例中，洗衣机外桶24的制动或减速方法利用制 动模式的组合，这些模式是转子速度的函数。在本典型实施例中执行 的制动模式为负频率制动模式，并且在该负频率制动模式之后可执行 直流制动一莫式。
图6是包括转子13和定子15的典型的三相感应电动机12的截 面图。如上所述，对于感应电动机12，转子13的电流产生转子13的 磁场，该磁场以转子电流频率相对于转子13旋转以及以相同的频率相对于定子石兹场15旋转。转子13的磁场与定子15的磁场之间的相 互作用在转子13中产生扭矩。输入电压57的循环方向与转子13的 速度之间的差异称为反向频率才莫式。定子15的磁场和转子13的磁场 在转子13中产生感应电流。在负频率制动模式中，电动机12的速度 例如在大约10,000rpm和大约500rpm之间，电动机以负电气频率运 行。在负频率制动模式中，负荷的能量耗散在电动机中，并且没有大 量的再生功率供回给控制电路14的直流母线55。在图6和图7所示 的典型的负频率制动模式中，转子以由箭头叫所示的逆时针方向旋 转，定子电场以由箭头&^所示的顺时针方向旋转；注意g^与&^的 方向相反。
在直流制动纟莫式下，速度例如在大约500rpm至大约Orpm之间。 在该直流制动^^莫式下，可将直流电源应用于电动机12的绕组。这种 模式在低速度或低频率下为最佳的，以使电动机负荷的负荷为零角速 度或停止。在直流制动模式下，负荷的能量耗散在电动机中，并且没 有大量的再生功率供回给控制电路14的直流母线55。
由于基本上没有功率再生至控制电路14，故可省略用于能量耗散 的其它的电路或部件(诸如制动电阻器或线性同步)，因此，利用上述 制动方法的组合是有利的。
^/^#法#速'涵炎
影响停止时间的参数包括以如下等式相关联的负荷惯性I和负荷 扭矩T，该等式
(4) r =
最大的旋转速度是确定的并且所需的停止时间为人所知；故可知 减速度。通过负荷尺寸的规格和已知的外桶24的特征可知总惯性质 量矩。本发明的(多个)实施例的制动扭矩的讨论揭示了的是，针对制 动扭矩也针对处理在本发明的一些实施例中说明的噪声参数。影响本 发明实施例的电动机制动扭矩的噪声参数包括直流母线电平和感应 电动机温度。为了实现电压补偿，施加至电动机12的输入电压57
在幅值上应为足够的，从而为确定的或给定的输出扭矩(未显示)提供
驱动电流(未显示)。至三相感应电动机的电动机输入电压57由控制电 路14所维持。电动机电压最初乂人直流母线55然后通过逆变器64提 供，逆变器64的输出为三相交流电压或电动机输入电压57。即使在 电压脉动可能发生在直流母线55上的情况下，也维持交流电动机输 入电压57。此外，即使在诸如交流电线功率48的交流电线上存在电 压下降或电压升高，也维持电动机输入电压55。为了为电动机12维 持基本恒定的输入电压57的水平，集成控制器14和相关的电路14 用于监测直流母线55的电压，并且调整输出的工作循环。工作循环 的定义如下，该工作循环是当i^如电动机12的装置用于间歇工作时 用于设备启动、运行、停止和空转的时间间隔。
在具有本发明的典型洗衣才儿制动方案的上述的典型洗衣机的构 造中，对于旋转洗衣篮24，电动机提供具有可在预定时间内停止惯性 负荷的幅值的基本恒定的扭矩。基本恒定的扭矩可来自于应用处于基 本恒定的负频率的基本恒定的电压。然而，应用基本恒定的电压并未 造成当电动机温度升高和电阻增加时发生的电动机电流的减小。
电动机扭矩输出的变化在^艮宽的温度范围内运行的电动机设计 中更加明显。在本示例中，电动机温度可在更大的总体温度范围内变 化。例如，如果清洗机10处于称为排水-旋转的模式，则电动机12可 处于室温。在另一个示例中，如果电动机12运行通过多个连续循环 或模式，则相比于前一示例中的温度，电动机温度可更高。
为了确保电动机扭矩输出是足够的，独立于电动机温度，在不存 在闭环反馈的情况下将电压设定得足够高，以便维持所需电流或扭矩 水平。然而，在该构造中，施加至电动机的电流在电动机4交冷时将较 大。该增加的电流的结果是电子部件必须具有更大的尺寸，以维持可 接受的运行裕度，因此这是成本较高的构造。
可从上文描述中总结出的是，如果对交流电动机12的电压设定做出一些调整，则例如可提供洗衣机负荷的可接受的制动运行。本发 明的实施例提供被调整的电压，从而维持扭矩输出。本发明的可选实 施例也提供被调整的电压，从而维持扭矩输出。
游i^戎术'闭环电动机控制电路构造使用可获得的反馈，其包
括电动机转速和容量或者直流母线55的电压。控制电路14调整到达 电动机12的输出电压57，以维持所需扭矩水平。扭矩是通过电动机 12的转子13的半径作用的转动力或作用力。本发明的典型的闭环电 动机控制电路构造用于提供洗衣机10的负荷制动。本发明的典型的 闭环控制电路示于图3中。
在图3中，本发明的典型的闭环电动机控制电路14通过基于速 度来调整逆变器64至电动机12的输出电压57(亦称为电动机输入电 压57)以执行清洗机10的负荷制动，以便基本维持停止时间，诸如预 定的停止时间或在给定的或假定的状态设置下认为可接受的停止时 间，该速度根据负荷(亦称为转动负荷)的所需减速曲线。此处所述的 示例制动是从旋转循环至停止的7秒。该制动作用的制动曲线为理想 线性的。通过调整逆变器输出电压/电动机输入电压57，调整洗衣机 的运行速度以在7秒内减速至停止。考虑转子速度反馈52，改变由微 处理器61所确定的电压。
游豕茵#/定乂为了更好地了解基于转动负荷(诸如转动的清洗 机外桶24)的减速度的停止时间，有利的是了解影响减速度的因素。 为了 了解本说明书和电动机扭矩因素的作用以及转动负荷的惯性质 量矩，忽略或忽视清洗机的旋转外桶24和/或电动机传动轮34的所有 的低效率。因为这些低效率例如是减慢外桶24并因此有助于停止的 皮带摩擦和/或轴承摩擦，故忽略外桶24和电动机12的传动轮(未显 示)的低效率。
返回至影响减速度的因素，对于电动机12的扭矩，影响转动负 荷(具体为本发明的典型的旋转的清洗机外桶24)的减速度的因素包 括l)电动机扭矩r，其中『=/(0,扭矩是电流的函数，电动机电流,,其中,电流是负荷的电压和电阻的函数电动 fc/L电阻7 ，
其中K = /Omp),电动才几电阻是电动才几12的定子15绕组的温度的函 数；和2)转动负荷24的惯性质量矩。
参考图3，通常，对于本发明的典型的闭环电动机控制电路14, 如下步骤可用于开发一种用于对洗衣机负荷减速的方法1 )确定在发 生外桶24制动时的基本最高的速度；2)确定闭环电动机控制电路14 能够将其制动为停止的最大的负荷或物品，例如大约32磅的干燥负 荷(或者其它典型的负荷)；3)确定最大的加速度，其可与相应的最大 负荷尺寸(诸如上文提供的典型的大约32磅的干燥负荷)一起使用，并 且同时将一个或多个预定运行电流维持在可接受的水平以及满足大 约7秒的所需停止时间；4)将在3)中确定的加速度作为上边界，并且 基于加速度进行适应性的制动。对于上述1)-3)所述的状态应注意的 是i)基本所有的负荷将在大约相同的时间量中停止；ii)电流根据负 荷尺寸变化。如果负荷尺寸大于假定的最大负荷尺寸(亦称最坏情况)， 则电流将超过限制并且可促动硬件(未显示)的过流跳闸；和5)实行电 压的上限和下限。
对于3)应注意的是i)清洗机10的负荷根据UL安全标准，其中 在由安全标准i殳定的预定时间内确定负荷停止。例如当立式清洗机10 的盖子42在旋转模式或循环期间打开时，7秒的典型的标准停止时间 是UL安全标准；和ii)清洗机10的负荷在预定时间内从已知的最大 运行速度(例如750rpm)停止。
在^爭4'-#遂在##賴动 以下等式用于对洗衣机外桶24的
制动建模
(1) <formula>formula see original document page 16</formula>
(2) <formula>formula see original document page 16</formula>
(3) <formula>formula see original document page 16</formula>其中，气是在开始制动时的初始速度 为了便于计算，忽略偏差和摩擦。因此，在较大速度时，该计算^动在爭式'-^々Jf孕刺漆湊H' 以下等式用于对洗衣机外桶24
的反向频率制动建^^莫。应注意的是，反向意p木着施加至电动才几12的 电压输入57的电信号频率在方向上与清洗机外桶24和电动机的轴或 转子13的旋转方向相反。
(5) 电动机电压F = "7 独立于电动机速度
(6) 电动机扭矩71 =《*/ ,其中，《等于每安培的扭矩 《* K
才在效-A/^;^羊賴:^^4^p扭矩爭4'以下等式用于对洗衣机 外桶24的制动传递函数建^t: .〖*F
(8)
(9)
-"战
0
图5是示例性的开环传递函数60的示例，图5未示出本发明实 施例的反馈。在开环传递函数60中K表示至电动机的输入电压；尺 表示电动机电阻(其根据电动机温度变化)；〖表示对于以反向频率才莫 式运行的电动机的每安培常数的扭矩；/表示转动负荷的惯性质量矩 (其根据清洗负荷的尺寸变化)。该系统图还包括电动机12的电流z'和 外桶24的角加速度a。本发明的典型的控制方案校正至洗衣机的感 应电动机的电压输入，以便维持所需的停止时间并且同时确保不产生 大的电流。本发明的典型方法调整电压以获得角速度，从而基本上匹 配针对给定时间增量的所需角速度。运行该控制回路以基本上匹配速 度曲线。
如下所述，在本发明的典型实施例中，调整电压以便基本维持扭 矩输出。在预定时间或在预定的时间间隔测量感应电动^L的速度。用 于测量感应电动机速度的示例时间为大约4毫秒。大约每100毫秒就该预定时间是从感应电动机的制动开始时测量的时间。基于针对基本 最坏情况的负荷或认为次于最佳的负荷的恒定扭矩减速计算所需感
应电动机速度。利用集成控制器14和反馈部分52计算在测得的感应 电动机12速度和所需感应电动机12速度之间的差异，该差异也可称 为误差，该反馈部分52从霍尔传感器69提供至集成控制器14。至集 成控制器14的处理器61的转子速度的反馈52被处理，并且经由微 处理器输出53输出，并提供至逆变器64,在逆变器64处该反馈52 施加至逆变器64处的电压，以便针对输出适当地调整电压，并且因 此维-持电动机的输入电压以及电动机12的4丑矩输出。
返回图4，图4显示了利用反向频率模式的本发明制动的典型实 施例的功能框图。在操作符600处，激活制动；然后在操作符602处， 在启动时间时启动计算速度和时间的计时器。接下来，在操作符604 处，读取转子的速度。在操作符606处，查询转子速度是否小于直流 临界速度，以便确定转子是否处于电动机从反向频率^f莫式转换至直流 模式的临界转子速度。如果操作符606的查询答案是YES,那么在操 作符608处激活直流制动。如果操作符606的查询答案是NO，则在 操作符610处另外地查询这是否为初始时间，亦即询问通过回路的初 始制动。如果操作符610的查询答案是YES时，则在操作符612处初 始化该电压并设定电动机的反向频率。在操作符612之后，返回到读 取转子速度的操作符604。操作符604跟随有上述跟随操作符604的 操作符。返回至操作符610,如果关于通过回路的初始时间的查询答 案为NO，则在下一个操作符614处，基于已消逝的时间和所需减速 度计算所需的转子速度。操作符614跟随有操作符616,在操作符616 处，更新根据在转子的所计算的速度和所所读取的速度之间的误差施 加的电压。操作符616返回至再次读取转子速度的操作符604。操作 符604跟随有上述跟随操作符604的操作符。
以下为如上所述的利用图5的传递函数和图4的功能框图获得电 压调整和角速度的示例等式。操作数(operand)包括初始电压^,，最小电压^m，最高电压k,和增益常数a。该等式的其它操作数是所
测得的速度s^—和所计算的速度&^,^;角加速度a;和(初始)
角速度^。应注意的是，针对该示例选择最小电平f^，以便校正由 于偏差和摩擦未考虑在图5的传递函数中所造成的线性模型的错误。 利用所述的操作数表示以下等式
(10) 4,,。,=初始电压设定
(11) ^=最小电压设定
(12) 「_=最大电压设定
(13) 。",所需减速度
(14) 电压更新MJ'J:
=k+—^由一)或〖；=「。+:^>,
调整电动机12的输入电压，
(15) ^"cafcw/。f" 二 ^。 - re乂
(16) &=增益常数 在本发明的另 一个典型实施例中
从而基本上维持电动机12的扭矩输出。本发明的实施例4丸行如下 在预定时间(也即H /2 )或预定的时间间隔(也即f2 - f!或"一^ )测量感
应电动机12的速度。在每个时间间隔处，利用电动机控制电路14计 算平均减速度。比较平均电动机12的减速度与所需减速度，该所需 减速度基于基本最坏情况的负荷或认为是次于最佳的负荷的恒定电 动机12扭矩减速。电动机12的加速度的百分数误差乘以先前施加的 电压。从来自次数"的初始电压的百分数误差开始并且使用来自先前 次数"=1的电压。例如，对于第一迭代"=0，使用编程在控制电路14 中的初始电压值。接下来，在迭代/7 = 1,将百分数误差乘以来自次数 "=0的电压。对于下一个迭代"=2，将次数"=2的百分数误差乘以次 数"=1的电压等，以i兌明感应电动4几12的电阻的变化。由于百分数 误差与产生所需扭矩输出的电压调整成比例，故使用百分数误差，以 便适当地调整电压。使用速度信号以提供反馈至集成的电动机控制器的处理器，并适当地调整电压设定，以便维持扭矩输出。
再次，我们具有初始电压f^,。,、最小电压K^、最高电压^^和增
益常数A等运算符。其它的运算符包括时间？，平均的所测得的角加速
度和所需的角加速度a,两者增加至增量n。以下等式用于当已知初
始电压时解出角加速度。
07) ^。,初始电压设定
/mfw/ ' yW,— / "扭。ge抽。,rf
(19) ，,^=所需减速度
在本发明的这些典型的实施例中，电动机是一种感应电动机，并 且本发明通过使用作为感应电动机的一部分的金属而耗散能量，其提 供了规定的电动机操作。因而，感应电动机在其各种元件中包括金属。 金属可用于能量的耗散。另外，本发明容许最具成本效率的系统设计， 因为其尽最大可能的程度使能量耗散在电动机中。电动机被设计或指
定至电动回转需求，例如用于电动回转输出的预定的扭矩和速度。这 些需求在这里被称为额定的电动回转需求。实际的电动回转需求可能
是例如额定的电动回转需求的125%。提供有针对所需的扭矩和速度 的额定需求25%以上的需求，使得电动机在运行时不会运行在其最大 扭矩和额定速度下，而这通常会施加破坏性的应力于电动机上。对于 实际的电动回转需求，电动机12包括一定量的材料或金属，例如用 于绕组的铜。因而，例如电动才几12包括一定量的用于绕组(即定子绕 组15)的铜，以便电动机获得电动回转需求的扭矩和速度。因为关系 到电动机12的例如寿命，所以典型的电动机可运行在小于其额定的 扭矩和速度下，使得电动机上的应力小于如果将电动机设计用于较小 的预定扭矩和速度时的应力。因为超出预定的输出扭矩和速度所需要 的容量之外的额外的铜容量，其由于设计中所使用的实际的电动回转 需求的缘故而是可用的，所以存在一定量的空闲材料，例如这个示例 中的铜，其可用于耗散制动能量。上面的实际为125%的需求仅仅用作一个示例，并且实际的电动4几需求、额定的电动回转需求和空闲材 料都可由本领域中的普通技术人员确定。用于制动的占空比比电动机 运转时的占空比小得多，所以利用过剩能量的电动回转需求是在可接 受的范围内。应注意的是，由于过剩能量而传递的实际能量小于电动 回转需求中所传递的能量。
本发明的这种典型实施例实现制动，而不需要用于能量耗散的其 它电路，亦即制动电阻器、线性同步等。该理由为由于控制电路的再 生功率基本为零，故减少或消除对耗散能量的需求。应注意的是，针 对该示例选择最小电平K,，以便校正由于偏差和摩擦未考虑在图5 的传递函数中而造成的线性模型的错误。
除了上面所讨"i仑的实现形式以外，本发明的这个典型的实施例通 过调整控制电路或集成的电动机控制器的输出电压而实现了制动，使 得外桶的速度在预定的时间范围内基本上达到零速度。该调整还可解 决电动机性能在各种运行温度下的变化。
除上述的实现之外，本发明的这种典型实施例通过使用牢固的制 动机构实现制动，该制动机构在比一些现有制动机构的温度范围更宽 的温度范围上符合规格。由于不需要各种现有技术的部件，故降低了 成本。另外，电动机可以以比现有技术构造更高的温度运行，这允许 另外地减少材料，并因此减少额外成本。
在本发明的其它实施例中，洗衣机制动可受不同的输入(诸如所测 得的温度或所测得的电流)所影响，以便调整输出电压以维持电动机性 能。
本发明的前述实施例使用示例性的电动机平台，其是交流感应电 动机。在本发明的一个备选实施例中，可使用不属于交流感应电动机
电动机平台。应注意的是，控制电路14可为除在商业上可获得的集 成的电动机和控制器的电路之外的电路。
此处所述的典型发明通过消除部件(例如制动电阻器和相关的电路)和/或通过利用自适应电路实现制动或洗衣机制动，该自适应电路 使洗衣机在变化的温度上稳定地运行。
还应该注意词语"第一"、"第二"、"第三"、"上"、"下，，等等在这里 都可用于修饰各种元件。除非作了专门陈述，否则这些修饰语并不蕴 涵所修饰元件的空间、连续性或等级顺序。
本说明书使用示例来公开包括最佳模式的本发明，并且还可使本 领域中的技术人员构造和使用本发明。本发明可取得专利的范围由权 利要求限定，并且可包括本领域中的技术人员想到的其它示例。如果 这些其它示例具有并非不同于权利要求语言的结构元件，或者如果其 包括与权利要求语言无实质差异的等效的结构元件，那么这些其它示 例都属于权利要求的范围内。
权利要求
1.一种使具有电动机(12)的洗衣机(10)制动的方法，所述方法包括a)使所述电动机在反向频率制动模式下运行，以使所述电动机减慢至第一低速；并且b)当所述电动机(12)以第二低速运行时使所述电动机在直流制动模式下运行，其中，所述第二低速小于所述第一低速，并且在所述直流制动模式下使所述电动机(12)减慢至停止。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使所述电动 机(12)在反向频率制动模式下运行以使所述电动机(12)减慢至第一低 速的步骤包括a) 利用与所述电动机(12)相关的控制电路(14)计算用于制动的电 动机速度；b) 比较基于所需减速度的所需速度与来自所述控制电路(14)的转 子速度反馈电路的速度，以计算从微处理器(61)至逆变器(64)的驱动信 号输出；并且c) 利用所述驱动信号更新所述逆变器(64)的电压输出信号，使得所 述电动机(12)在所述反向频率才莫式下运行，所述反向频率^t式使所述 电动机减速至所述第一低速。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使所述电动 机(12)在反向频率制动模式下运行以使所述电动机减慢至第一低速的 步骤包括a) 利用与所述电动机(12)相关的控制电路(14)计算用于制动的电 动机速度；b) 利用微处理器(61)基于在制动开始时由转子速度反馈电路提供 的初始速度禾口在予贞 速度来计算平均减速度；C)比较b)的平均减速度与预定减速度，以计算从所述微处理器(61)至逆变器(64)的驱动信号输出；并且d)利用所述驱动信号更新所述逆变器(64)的电压输出信号，使得 所述电动机(12)在所述反向频率模式下运行，而所述反向频率模式使 所述电动才几;咸速。
4. 一种使洗衣机(10)制动的方法，所述方法包括a) 提供三相感应电动机(12)，所述三相感应电动机(12)配置成接收 输入电压，并提供用于使所述洗衣机的外桶旋转的输出扭矩；b) 提供用于所述洗衣机的电动机控制电路(14),所述电动机控制 电路(14)包括转子速度反馈电路、逆变器(64)和微处理器(61)，所述微 处理器(61)配置成可接收所述转子速度反馈电路；c) 利用所述微处理器(61)进^"处理，所述微处理器(61)配置成可处 理接收在其中的信号，并使电动机(12)以某一速度来旋转所述洗衣机 的外桶，所述某一速度与由到所述电动机的输入电压和频率信号所提 供的扭矩相关；d) 在所述微处理器(61)的控制电路上确定与制动初始阶段相关的 制动信号；e) 通过所述微处理器(61)利用与制动初始阶段相关的时间增量数 据基于所需减速度而计算所需速度；f) 比较基于所述所需减速度的所述所需速度与来自所述转子速度 反馈电路的速度，以计算从所述微处理器(61)至所述逆变器(64)的驱动 信号输出；并且g) 利用所述驱动信号更新所述逆变器(64)的电压输出信号，使得 所述电动机(12)在反向频率模式下运行，而所述反向频率模式使所述 电动机(12)减速。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当所述转子速度 小于预定转子速度时所述电动机(12)在直流制动模式下运行，当所述 转子速度处于预定范围内时所述电动机(12)在反向频率模式下运行。
6. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于在所计算的 转子速度和从所述控制电路获得的所读取的转子速度之间的增量计算而将驱动信号提供至所述逆变器(64),所述所计算的转子速度由所 述微处理器(61)计算，所述所读取的转子速度从所述转子速度反馈电 路提供至所述微处理器(61)。
7. —种使洗衣机制动的方法，所述方法包括a) 提供感应电动机(12)，所述感应电动机配置成可接收输入电压， 并提供用于使所述洗衣机的外桶旋转的输出扭矩；b) 提供用于所述洗衣机的电动机控制电路(14),所述电动机控制 电路(14)包括转子速度反馈电路、逆变器(64)和微处理器(61),所述微 处理器(61)配置成可接收所述转子速度反馈电路；c) 利用所述微处理器(61)进^f于处理，所述微处理器(61)配置成可处 理接收在其中的信号，并使所迷电动机以某一速度旋转所述洗衣机的 外桶(24)，所述某一速度与由到所述电动机(12)的输入电压和频率信号 所提供的扭矩相关；d) 在所述微处理器(61)的控制电路上确定与制动初始阶段相关的 制动信号；e) 通过所述微处理器(61)基于在制动开始时由所述转子速度反馈 电路提供的初始速度和在预定时段之后由所述转子速度反馈电路提 供的另一速度来计算平均减速度；f) 比较e)的所述平均减速度与预定减速度，以计算从所述微处理 器(61)至所述逆变器(64)的驱动信号输出；并且g) 利用所述驱动信号更新所述逆变器(64)的电压输出信号，使得 所述电动机(12)在反向频率模式下运行，所述反向频率^^莫式使所述电 动才几减速。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当所述转子速度 处于预定范围内时所述电动机(12)在反向频率模式下运行。
9. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，基于在所计算的算而将驱动信号提供至所述逆变器(64)，所述所计算的转子速度由所述微处理器(61)计算，所述所读取的转子速度从所述转子速度反馈电路提供至所述微处理器(61)。
10. —种洗衣机(IO),其包括电动机(12)，其包括电动机输入端、转子和定子；电动机控制电路(14)，其包括微处理器(61)、逆变器(64)和传感装置(69);所述微处理器(61)配置成可从所述传感装置(69)接收转子速度反 馈，并提供输出调整指令至所述逆变器(64);所述逆变器(64)配置成可从所述微处理器(61)接收所述输出调整 指令，并提供输出电压信号至所述电动机输入端以及使所述电动机(12) 在反向频率制动才莫式下运行；其中，当所述控制电路(14)从所述传感器接收反馈，且所述微处 理器(61 )提供输出调整指令至所述逆变器(64)时，所述逆变器(64)继续 提供输出调整指令；其中，至所述电动机(12)的每个输出电压信号均包括电压和频率 的变化，并使所述电动机(12)继续在反向频率制动模式下运行，在所 述反向频率制动模式下所述电动机以与所述定子(15)的磁场相反的方 向旋转；其中，通过运行带所述转子速度反馈的所述电动机控制电路(14), 所述电动才几减速至停止。
全文摘要
本发明涉及洗衣机装置和方法，具体地说，涉及一种洗衣机(10)，其包括感应电动机(12)和带反馈回路的电动机控制电路(14)。反馈回路将转子速度提供给电动机控制电路的微处理器(61)。电动机控制电路(14)和反馈回路控制电动机(12)，使得电动机在反向频率模式下运行，而该反向频率模式为洗衣机(10)提供制动。
文档编号H02P3/20GK101316084SQ20081010832
公开日2008年12月3日 申请日期2008年5月30日 优先权日2007年6月1日
发明者B·C·利, J·布鲁巴克, R·K·霍伦贝克 申请人:通用电气公司