一种串激电机控制系统、串激电机及洗衣的制造方法
【专利摘要】本发明属于电机控制【技术领域】，提供了一种串激电机控制系统、串激电机及洗衣机。在串激电机需要切换为高速运行状态时，在第一供电切换开关和第二供电切换开关的作用下使串激电机在交流供电的情况下实现高速运行，进而克服了串激电机在直流供电且高速运行时所出现的电刷偏磨损严重的问题，有助于延长电刷寿命和减小噪音；而在串激电机需要切换为低速运行状态时，在第一供电切换开关和第二供电切换开关的作用下又能够使串激电机在直流供电的情况下实现低速运行，从而能够有效地减小串激电机的铁耗和铜耗、提高串激电机的效率、提高串激电机的启动性能以及降低电机定子、转子及电刷的温升，且有利于延长电刷寿命和减小噪音。
【专利说明】一种串激电机控制系统、串激电机及洗衣机
【技术领域】
[0001] 本发明属于电机控制【技术领域】，尤其涉及一种串激电机控制系统、串激电机及洗 衣机。
【背景技术】
[0002] 目前，串激电机作为主要的驱动部件而被广泛应用于洗衣机、观光游览车等电力 驱动设备，在控制串激电机工作时，通常所采用的方案如图1所示，其是由上位机100控制 电源开关600闭合并从交流电源AC引入交流电至半导体开关器件200,再由主控芯片300 根据测速电路400检测电机转速时所反馈的电机转速信号输出相应占空比的开关控制信 号至半导体开关器件200,则半导体开关器件200根据该开关控制信号执行相应占空比的 通断操作以调整输出至串激电机500的交流电，从而使串激电机500维持在预设的转速范 围内。另外，通过上位机100控制转速切换开关700在串激电机500的定子线501与定子 线503之间进行连接切换以实现串激电机500在高低速运行状态之间的切换，当转速切换 开关700连接串激电机500的定子线501时，串激电机500进入低速运行状态，当转速切换 开关700连接串激电机500的定子线503时，串激电机500进入高速运行状态；而串激电机 500的转向控制则是通过上位机100控制转向切换开关800来实现的。对于上述的方案，由 于串激电机无论是工作于高速运行状态或低速运行状态，都是由交流电进行驱动的，所以 串激电机在低速运行时容易出现以下问题：
[0003] (1)铁耗、铜耗过大且效率低；
[0004] ⑵定子、转子及电刷的温升过高；
[0005] (3)启动电压过高而导致启动性能差；
[0006] (4)噪音大。
[0007] 为了解决串激电机在低速运行时所存在的上述问题，现有技术提供了另一种方 案，如图2所示，该方案是在图1所示方案的基础上加入了滤波整流电路900对半导体开关 器件200所输出的交流电进行滤波和整流处理后形成直流电为串激电机供电，这样可以在 串激电机处于低速运行状态时减小其铁耗和铜耗，降低定子、转子及电刷的温升，提高启动 性能且降低噪音。然而，由于直流供电方式仅适合串激电机在低速运行时实现上述的效果， 但这并不适用于串激电机实现高速运行，直流供电的方式会导致串激电机在高速运行时因 电刷左右偏磨损严重而缩短电刷寿命和噪音大的问题。
[0008] 综上可知，现有技术无法在串激电机低速运行时实现减小电机铁耗和铜耗、提高 电机效率、降低电机定子、转子及电刷的温升及提高电机的启动性能，并且在串激电机高速 运行时减小电刷偏磨损、延长电刷寿命且减小噪音。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于提供一种串激电机控制系统，旨在解决现有技术所存在的无法 在串激电机低速运行时实现减小电机铁耗和铜耗、提高电机效率、降低电机定子、转子及电 刷的温升及提高电机的启动性能，并且在串激电机高速运行时减小电刷偏磨损、延长电刷 寿命且减小噪音的问题。
[0010] 本发明是这样实现的，一种串激电机控制系统，其与上位机连接，且包括交流电输 出电路、直流电输出电路、转速切换开关及转向切换开关，在所述上位机的控制下，所述交 流电输出电路根据串激电机的转速输出相应的正半波交流电，并同时输出负半波交流电， 所述直流电输出电路对所述正半波交流电和所述负半波交流电进行交直流转换处理后输 出直流电，所述转速切换开关在所述上位机的控制下对所述串激电机进行高低速切换控 制，所述转向切换开关在所述上位机的控制下对所述串激电机进行转向切换控制；
[0011] 所述串激电机控制系统还包括第一供电切换开关和第二供电切换开关；
[0012] 当所述上位机控制所述转速切换开关将所述串激电机切换为高速运行状态时，所 述上位机控制所述第一供电切换开关和所述第二供电切换开关分别将所述正半波交流电 和所述负半波交流电输出至所述转速切换开关和所述转向切换开关；
[0013] 当所述上位机控制所述转速切换开关将所述串激电机切换为低速运行状态时，所 述上位机控制所述第一供电切换开关将所述直流电输出至所述转速切换开关，且同时控制 所述第二供电切换开关停止将所述负半波交流电输出至所述转向切换开关。
[0014] 综上可知，在串激电机需要切换为高速运行状态时，由第一供电切换开关和第二 供电切换开关分别将正半波交流电和负半波交流电输出至转速切换开关和转向切换开关， 以使串激电机在交流供电的情况下实现高速运行，进而克服了串激电机在直流供电且高速 运行时所出现的电刷偏磨损严重的问题，有助于延长电刷寿命和减小噪音；而在串激电机 需要切换为低速运行状态时，第一供电切换开关将直流电输出至转速切换开关，且第二供 电切换开关停止将负半波交流电输出至转向切换开关，以使串激电机在直流供电的情况下 实现低速运行，从而能够有效地减小串激电机的铁耗和铜耗、提1?串激电机的效率、提1?串 激电机的启动性能以及降低电机定子、转子及电刷的温升，且有利于延长电刷寿命和减小 噪音。
[0015] 本发明提供了另一种串激电机控制系统，其与上位机连接，且包括电源开关、电机 测速电路、主控芯片、转速切换开关及转向切换开关，所述电源开关在所述上位机的控制下 闭合并从交流电源引入正半波交流电，所述电机测速电路对串激电机进行转速检测并反馈 电机转速信号至所述主控芯片，所述转速切换开关在所述上位机的控制下对所述串激电机 进行高低速切换控制，所述转向切换开关在所述上位机的控制下对所述串激电机进行转向 切换控制；
[0016] 所述串激电机控制系统还包括：滤波电路、整流稳压电路、电流采样电路、功率开 关器件、第一供电切换开关及第二供电切换开关；
[0017] 所述滤波电路对所述正半波交流电进行滤波处理后输出至所述整流稳压电路，所 述整流稳压电路对经过滤波处理的正半波交流电和所述交流电源输出的负半波交流电进 行整流稳压处理后输出直流电至所述第一供电切换开关，所述电流采样电路对所述整流稳 压电路的回路电流进行检测并反馈电流采样信号至所述主控芯片，所述主控芯片根据所述 电机转速信号和所述电流采样信号输出斩波处理信号，所述功率开关器件根据所述斩波处 理信号对所述第一供电切换开关所输出的回路直流电进行斩波处理后反馈回所述整流稳 压电路；
[0018] 当所述上位机控制所述转速切换开关将所述串激电机切换为高速运行状态时，所 述上位机控制所述第一供电切换开关和所述第二供电切换开关分别将所述正半波交流电 和所述负半波交流电输出至所述转速切换开关和所述转向切换开关；
[0019] 当所述上位机控制所述转速切换开关将所述串激电机切换为低速运行状态时，所 述上位机控制所述第一供电切换开关将所述直流电输出至所述转速切换开关，且同时控制 所述第二供电切换开关停止将所述负半波交流电输出至所述转向切换开关。
[0020] 对于上述的另一种串激电机控制系统，其在串激电机需要切换为高速运行状态 时，由第一供电切换开关和第二供电切换开关分别将交流电源输出的正半波交流电和负半 波交流电输出至转速切换开关和转向切换开关，以使串激电机在交流供电的情况下实现高 速运行，进而克服了串激电机在直流供电且高速运行时所出现的电刷偏磨损严重的问题， 有助于延长电刷寿命和减小噪音；而在串激电机需要切换为低速运行状态时，由第一供电 切换开关将经过斩波处理后的直流电输出至转速切换开关，且同时控制第二供电切换开关 停止将负半波交流电输出至转向切换开关，以使串激电机在直流供电的情况下实现低速运 行，从而能够在有效减小串激电机的铁耗和铜耗、提1?串激电机的效率、提1?串激电机的启 动性能以及降低电机定子、转子及电刷的温升的同时，进一步减小串激电机的静态磁场铁 耗，且有利于延长电刷寿命和减小噪音。
[0021] 基于上述两种串激电机控制系统对串激电机所实现的控制作用，本发明的还提供 了 一种包括上述任意一种串激电机控制系统的串激电机，串激电机控制系统可设置于串激 电机的前端盖或后端盖上。
[0022] 由于串激电机可应用于洗衣机中，所以本发明还提供了一种洗衣机，其包括上位 机以及上述的串激电机。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1是【背景技术】所涉及的现有串激电机控制方案的结构示意图；
[0024] 图2是【背景技术】所涉及的另一种现有串激电机控制方案的结构示意图；
[0025] 图3是本发明实施例所涉及的串激电机的剖面结构示意图；
[0026] 图4是本发明第一实施例提供的串激电机控制系统的结构图；
[0027] 图5是本发明第一实施例所涉及的电机效率测试与仿真对比图；
[0028] 图6是本发明实施例所涉及的串激电机的侧视图；
[0029] 图7是图4所示的串激电机控制系统的示例电路结构图；
[0030] 图8是本发明第二实施例提供的串激电机控制系统的结构图；
[0031] 图9是本发明第二实施例所涉及的电机效率测试与仿真对比图；
[0032] 图10是本发明第二实施例提供的串激电机控制系统的另一结构图；
[0033] 图11是图8所示的串激电机控制系统的示例电路结构图；
[0034] 图12是图10所示的串激电机控制系统的示例电路结构图。
【具体实施方式】
[0035] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0036] 本发明实施例以串激电机在洗衣机中的应用为例，对串激电机及其控制系统进行 详细说明，洗衣机包括上位机和串激电机，串激电机包括串激电机控制系统，且串激电机控 制系统设置于串激电机（如图3所示）的前端盖或后端盖上，上位机通过对串激电机控制 系统进行控制，以对串激电机实现高低速运行状态切换和转向切换。
[0037] 以下解决具体实施例对上述的串激电机控制系统进行详细说明：
[0038] 实施例一:
[0039] 图4示出了本发明第一实施例提供的串激电机控制系统的结构，为了便于说明， 仅示出了与本发明第一实施例相关的部分，详述如下：
[0040] 串激电机控制系统100与上位机200连接，且包括交流电输出电路101、直流电输 出电路102、转速切换开关103及转向切换开关104,在上位机200的控制下，交流电输出电 路101根据串激电机300的转速输出相应的正半波交流电，并同时输出负半波交流电，直流 电输出电路102对该正半波交流电和负半波交流电进行交直流转换处理后输出直流电，转 速切换开关103在上位机200的控制下对串激电机300进行高低速切换控制，转向切换开 关104在上位机200的控制下对串激电机300进行转向切换控制。
[0041] 串激电机控制系统100还包括第一供电切换开关105和第二供电切换开关106 ; 第一供电切换开关105和第二供电切换开关106均与上位机200连接，第一供电切换开关 105的第一输入端和第二输入端分别连接交流电输出电路101的正输出端和直流电输出电 路102的正输入端，第一供电切换开关105的第二输入端和输出端分别连接直流电输出电 路102的输出端和转速切换开关103,第二供电切换开关106的第一输入端连接直流电输出 电路102的接地端，第二供电切换开关106的第二输出端连接交流电输出电路101的负输 出端和直流电输出电路102的负输入端，第二供电切换开关106的输出端连接转向切换开 关104 ;交流电输出电路101的正输出端和负输出端分别连接直流电输出电路102的正输 入端和负输入端，交流电输出电路101还连接串激电机300的第一测速线31和第二测速线 32,转速切换开关103和转向切换开关104均连接上位机200,且转速切换开关103还连接 串激电机300的第一定子线301和第三定子线303,转向切换开关104还连接串激电机300 的第一电刷线310、第二电刷线320及第二定子线302。
[0042] 当上位机200控制转速切换开关103将串激电机300切换为高速运行状态时，上 位机200控制第一供电切换开关105和第二供电切换开关106分别将上述的正半波交流电 和负半波交流电输出至转速切换开关103和转向切换开关104。
[0043] 当上位机200控制转速切换开关103将串激电机300切换为低速运行状态时，上 位机200控制第一供电切换开关105将上述的直流电输出至转速切换开关103,且同时控制 第二供电切换开关106停止将上述的负半波交流电输出至转向切换开关104。
[0044] 因此，在串激电机300需要切换为高速运行状态时，由第一供电切换开关105和第 二供电切换开关106分别将正半波交流电和负半波交流电输出至转速切换开关103和转向 切换开关104,以使串激电机300在交流供电的情况下实现高速运行，进而克服了串激电机 300在直流供电且高速运行时所出现的电刷偏磨损严重的问题，有助于延长电刷寿命和减 小噪音；而在串激电机300需要切换为低速运行状态时，由第一供电切换开关105将直流电 输出至转速切换开关103,且第二供电切换开关106停止将负半波交流电输出至转向切换 开关104,以使串激电机300在直流供电的情况下实现低速运行，从而能够有效地减小串激 电机300的铁耗和铜耗、提1?串激电机300的效率、提1?串激电机的启动性能以及降低电机 定子、转子及电刷的温升，且有利于延长电刷寿命和减小噪音。
[0045] 其中，对于提高串激电机300的效率，可参照图5所示的电机效率测试与仿真对比 图，对于图1所示的现有电机控制方案，图5中的曲线L1和曲线L2分别为串激电机在转速 固定为600rpm(转/分钟）和不同转矩下的测试效率变化曲线和仿真效率变化曲线；而在 上述串激电机控制系统100的控制下，串激电机的测试效率变化曲线和仿真效率变化曲线 分别为图5中的曲线L3和曲线L4。通过将L3和L4分别与L1和L2比较可知，在串激电机 控制系统100的控制下，串激电机300的效率相对于现有技术提升了约10%?15%。
[0046] 对于降低电机定子、转子及电刷的温升，对于同样的串激电机，在分别应用图1所 示的方案和本实施例图4提供的方案，按照转速为710rpm、转矩为0.6N.m且转向为顺时针 旋转CW的测试条件连续运行30分钟后所得到的温升测试数据如下表所示：
[0047]
【权利要求】
1. 一种串激电机控制系统，其与上位机连接，且包括交流电输出电路、直流电输出电 路、转速切换开关及转向切换开关，在所述上位机的控制下，所述交流电输出电路根据串激 电机的转速输出相应的正半波交流电，并同时输出负半波交流电，所述直流电输出电路对 所述正半波交流电和所述负半波交流电进行交直流转换处理后输出直流电，所述转速切换 开关在所述上位机的控制下对所述串激电机进行高低速切换控制，所述转向切换开关在所 述上位机的控制下对所述串激电机进行转向切换控制；其特征在于： 所述串激电机控制系统还包括第一供电切换开关和第二供电切换开关； 当所述上位机控制所述转速切换开关将所述串激电机切换为高速运行状态时，所述上 位机控制所述第一供电切换开关和所述第二供电切换开关分别将所述正半波交流电和所 述负半波交流电输出至所述转速切换开关和所述转向切换开关； 当所述上位机控制所述转速切换开关将所述串激电机切换为低速运行状态时，所述上 位机控制所述第一供电切换开关将所述直流电输出至所述转速切换开关，且同时控制所述 第二供电切换开关停止将所述负半波交流电输出至所述转向切换开关。
2. 如权利要求1所示的串激电机控制系统，其特征在于，所述第一供电切换开关为第 五继电器，所述第五继电器的第一静触点、第二静触点及动触点分别为所述第一供电切换 开关的第一输入端、第二输入端及输出端。
3. 如权利要求1所示的串激电机控制系统，其特征在于，所述第二供电切换开关为第 六继电器，所述第六继电器的第一静触点、第二静触点及动触点分别为所述第二供电切换 开关的第一输入端、第二输入端及输出端。
4. 一种串激电机，其具有前端盖和后端盖，其特征在于，所述串激电机还包括如权利要 求1至3任一项所述的串激电机控制系统，所述串激电机控制系统设置于所述串激电机的 前端盖或后端盖上。
5. -种洗衣机，包括上位机，其特征在于，所述洗衣机还包括如权利要求4所述的串激 电机。
6. -种串激电机控制系统，其与上位机连接，且包括电源开关、电机测速电路、主控芯 片、转速切换开关及转向切换开关，所述电源开关在所述上位机的控制下闭合并从交流电 源引入正半波交流电，所述电机测速电路对串激电机进行转速检测并反馈电机转速信号至 所述主控芯片，所述转速切换开关在所述上位机的控制下对所述串激电机进行高低速切换 控制，所述转向切换开关在所述上位机的控制下对所述串激电机进行转向切换控制；其特 征在于： 所述串激电机控制系统还包括：滤波电路、整流稳压电路、电流采样电路、功率开关器 件、第一供电切换开关及第二供电切换开关； 所述滤波电路对所述正半波交流电进行滤波处理后输出至所述整流稳压电路，所述整 流稳压电路对经过滤波处理的正半波交流电和所述交流电源输出的负半波交流电进行整 流稳压处理后输出直流电至所述第一供电切换开关，所述电流采样电路对所述整流稳压电 路的回路电流进行检测并反馈电流采样信号至所述主控芯片，所述主控芯片根据所述电机 转速信号和所述电流采样信号输出斩波处理信号，所述功率开关器件根据所述斩波处理信 号对所述第二供电切换开关所输出的回路直流电进行斩波处理后反馈回所述整流稳压电 路； 当所述上位机控制所述转速切换开关将所述串激电机切换为高速运行状态时，所述上 位机控制所述第一供电切换开关和所述第二供电切换开关分别将所述正半波交流电和所 述负半波交流电输出至所述转速切换开关和所述转向切换开关； 当所述上位机控制所述转速切换开关将所述串激电机切换为低速运行状态时，所述上 位机控制所述第一供电切换开关将所述直流电输出至所述转速切换开关，且同时控制所述 第二供电切换开关停止将所述负半波交流电输出至所述转向切换开关。
7. 如权利要求6所述的串激电机控制系统，其特征在于，所述串激电机控制系统还包 括二极管，所述二极管的阳极和阴极分别连接所述第二供电切换开关的直流输出端和所述 第一供电切换开关的第二输入端。
8. 如权利要求6所述的串激电机控制系统，其特征在于，所述第一供电切换开关为第 五继电器，所述第五继电器的第一静触点、第二静触点及动触点分别为所述第一供电切换 开关的第一输入端、第二输入端及输出端。
9. 如权利要求6所述的串激电机控制系统，其特征在于，所述第二供电切换开关为第 六继电器，所述第六继电器的第一静触点、第二静触点及动触点分别为所述第二供电切换 开关的直流输出端、交流输入端及双向输入输出端。
10. 如权利要求6所述的串激电机控制系统，其特征在于，所述滤波电路包括第一电容 和第一电阻，所述第一电容的第一端连接所述电源开关的输出端，所述第一电容的第二端 连接所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端连接所述交流电源的负输出端。
11. 如权利要求6所述的串激电机控制系统，其特征在于，所述整流稳压电路包括： 整流桥、压敏电阻及电解电容； 所述整流桥的正输入端和负输入端分别为所述整流稳压电路的正输入端和负输入端， 所述整流桥的输出端与所述压敏电阻的第一端及所述电解电容的第一端共接所形成的共 接点为所述整流稳压电路的输出端，所述整流桥的地端与所述压敏电阻的第二端及所述电 解电容的第二端共接所形成的共接点为所述整流稳压电路的接地端。
12. 如权利要求6所述的串激电机控制系统，其特征在于，所述电流采样电路包括： 采样电阻、第二电阻、第二电容、第三电阻、第四电阻、运算放大器、第五电阻以及第三 电容； 所述采样电阻的第一端和第二端分别为所述电流采样电路的电流输入端和电流输出 端，所述第二电阻的第一端连接所述采样电阻的第一端，所述第二电阻的第二端与所述第 二电容的第一端共接于所述第三电阻的第一端，所述第二电容的第二端接地，所述第三电 阻的第二端连接所述运算放大器的同相输入端，所述第四电阻的第一端接地，所述第四电 阻的第二端与所述第五电阻的第一端共接于所述运算放大器的反相输入端，所述第五电阻 的第二端与所述运算放大器的输出端的共接点为所述电流采样电路的采样信号输出端，所 述运算放大器的正电源端与所述第三电容的第一端共接于直流电源，所述运算放大器的负 电源端和所述第三电容的第二端均接地。
13. 如权利要求6所述的串激电机控制系统，其特征在于，所述功率开关器件为MOS场 效应管，所述MOS场效应管的漏极、源极以及栅极分别为所述功率开关器件的输入端、输出 端及受控端。
14. 如权利要求6所述的串激电机控制系统，其特征在于，所述功率开关器件为IGBT 时，所述IGBT的漏极、源极以及栅极分别为所述功率开关器件的输入端、输出端及受控端。
15. -种串激电机，其具有前端盖和后端盖，其特征在于，所述串激电机还包括如权利 要求6至14任一项所述的串激电机控制系统，所述串激电机控制系统设置于所述串激电机 的前端盖或后端盖上。
16. -种洗衣机，包括上位机，其特征在于，所述洗衣机还包括如权利要求15所述的串 激电机。
【文档编号】H02P25/02GK104270057SQ201410490753
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】薛波 申请人:广东威灵电机制造有限公司