洗衣机马达驱动装置的制作方法

专利名称：洗衣机马达驱动装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种使用逆变器电路驱动洗衣机马达的装置。
背景技术：
已经提出了使用逆变器电路通过矢量控制来提高洗衣机马达的性能(这种例子包括Jp11090088)。
图28示出了上述范畴的洗衣机结构的框图。在图28中，三相感应马达100驱动搅动器102或旋转桶104；电流检测器126a，126b，126c检测马达电流并通过逆变器电路124驱动马达的矢量独立地控制转矩电流分量和磁化电流分量。在这种方式下，马达100在低速运转下使转矩增加，并以与DC无刷马达近似相同的转矩特性被驱动。
为了提高制动的可靠性并降低由机械带闸引起的制动噪音(例如日本公开专利号2001-46777)，也提出了对具有逆变器的洗衣机马达应用电子制动。也就是，其目的是通过利用PWM控制在旋转减速中控制正弦波电压相位，从而在逆变器电路的DC电源没有引起再生能量的情况下，电源生成能量由马达的内阻消耗，即动态制动。
但是在所述常规结构中，使用逆变器电路提高马达性能的矢量技术在低速运转下提高了三相感应马达的转矩，但是很难提高马达的效率。再者，三相感应马达的低效率允许流过大电流，这将导致马达噪音的增加。这些都是需要解决的遗留问题。
关于使用逆变器控制马达的电子制动，需要复杂的控制使得马达的内阻消耗掉整个电源产生的能量。再者，不能提供足够的制动转矩来增加马达的制动电流。
本实用新型的概述本实用新型提出了上述缺点，且目的在于提供一种紧凑的和节能的马达；利用恒定转矩通过改变马达转矩一转速特性来进行控制，并在高速运转下能增加转矩，或在低速运转下提高效率。
根据本实用新型的洗衣机马达驱动装置包括一交变电流源，一与交变电流源连接的整流电路，一将整流电路的DC电源转换为AC电源的逆变器电路，一通过驱动搅动器或洗衣/旋转桶的逆变器电路来驱动的马达，一检测马达转子位置的转子位置检测器，一检测马达电流的电流检测器，和一控制逆变器电路的控制装置。控制装置可将马达电流分解为与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量，且根据马达的控制阶段独立控制与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量。在所述结构中，检测DC无刷马达的马达电流以将其分解为与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量，用于实现矢量控制。在低速旋转时，主要控制与转矩相应的电流分量，用于产生最大的效率；而在高速旋转时，与磁通量相应的电流分量在负方向上增加，用于通过实施最大转矩控制的磁通量减弱控制而增加电流，因而改变了马达转矩-转速特性并实现恒定转矩控制。这使得在高速运转时可增加转矩，或在低速运转时提高效率。因此，马达可以小型化并节能。
根据本实用新型的洗衣机马达驱动装置包括一控制装置，其根据马达的转速分别控制与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量。在所述结构中改变了马达—转速特性。
根据本实用新型的洗衣机马达驱动装置包括一控制装置，当马达高速旋转时，其控制与磁通量相应的电流分量在负方向上增加。这使得在高速运转下增加转矩并进行精确磁通量减弱控制变得可能。
根据本实用新型的洗衣机马达驱动装置包括一控制装置，当马达低速旋转时，其控制与磁通量相应的电流分量基本上为零。这使得在低速运转时以最高效率旋转马达变得可能。
根据本实用新型的洗衣机马达驱动装置包括一控制装置，当在脱水操作中驱动洗衣/旋转桶的马达高速旋转时，与磁通量相应的电流分量在负方向上增加。这使得通过磁通量减弱控制在高速运转下增加转矩并控制脱水操作达到高转速变得可能。因此，脱水率可通过增加转速而增加。
根据本实用新型的洗衣机马达驱动装置包括一控制装置，当在洗衣操作中驱动搅动器的马达高速旋转时，与磁通量相应的电流分量在负方向上增加。这使得通过磁通量减弱控制在高速运转下增加转矩并控制搅动操作达到高转速变得可能。因此，洗衣性能通过加强水流而增加。
根据本实用新型的洗衣机马达驱动装置包括一衣服量检测器，用于检测在洗衣/旋转桶中的衣服量；一控制装置，根据由衣服量检测器检测到在洗衣/旋转桶中的衣服量而独立控制与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量。这使得能通过磁通量减弱控制在高速运转下根据衣服量而增加转矩，且即使在洗衣桶有更多衣服的情况下能控制操作达到高转速。因此，提高了洗衣性能并也提高了脱水率。
根据本实用新型的洗衣机马达驱动装置包括一启动控制装置，其中控制装置在启动阶段控制马达旋转。它在启动阶段对施加到马达上的电压进行直接控制，然后独立控制与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量。这样能容易引入软启动，在此启动电流被抑制且启动转矩被降低，然后平稳进行到电流反馈控制以便阻止转速异常地增加。
根据本实用新型的洗衣机马达驱动装置包括一启动控制装置，用于在控制装置的启动阶段控制马达的转速。它在启动阶段对施加到马达上的电压进行直接控制，然后根据转速独立控制与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量。除了使电流反馈控制平滑转换并抑制转速的异常增加外，这还使得使用AC变压器成为可能，它在电流检测器中比较便宜。因此在实现便宜且具有高性能的马达驱动装置中具有优点。
根据本实用新型的洗衣机马达驱动装置包括一交变电流源，一与交变电流源连接的整流电路，一将整流电路的DC电源转换为AC电源的逆变器电路，一由驱动搅动器或者洗衣/旋转桶的逆变器电路驱动的马达，一检测马达转子位置的转子位置检测器，一检测马达电流的电流检测器和一控制逆变器电路的控制装置。控制装置可将马达电流分解为与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量，且独立控制与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量，用以减速马达的旋转。在上述结构中马达电流分解为与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量，用以通过矢量控制完成制动操作，通过矢量控制与转矩相应的电流分量可产生最大的制动转矩，而利用对再生能量的控制来阻止在逆变器电路中DC电压的异常升高，这通过控制与磁通量相应的电流分量而实现。
根据本实用新型的洗衣机马达驱动装置包括一控制装置，控制与转矩相应的电流分量在制动操作中呈现为一个特定的值。这使得控制制动转矩为某一特定值且优化制动时间变得可能。
根据本实用新型的洗衣机马达驱动装置包括一控制装置，控制与转矩相应的电流分量在制动时呈现为某一特定的负值。通过给定负值转矩电流分量，可控制制动转矩为一特定值，且可以缩短制动时间。
根据本实用新型的洗衣机马达驱动装置包括一控制装置，在制动中，分别控制与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量并为某一特定值。在这种结构中，可分别控制马达的反电动势和由马达内阻消耗的能量。因此，可控制再生能量，且可以阻止在逆变器电路中DC电压的异常升高。
根据本实用新型的洗衣机马达驱动装置包括一控制装置，在马达制动开始时，规定与磁通量相应的电流分量大于与转矩相应的电流分量。这样能避免在制动开始时施加过高转矩和避免由再生能量引起的在逆变器电路中DC电压的异常升高。
根据本实用新型的洗衣机马达驱动装置包括一转速检测器，根据从转子位置检测器产生的输出信号检测转速；一控制装置，根据转速控制与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量在制动中呈现为各自的给定值。因为可根据运转速度分别控制制动转矩和马达内阻消耗的能量，所以可以阻止在高速旋转区再生能量的增加和在低速旋转区制动转矩的降低。
根据本实用新型的洗衣机马达驱动装置包括一交变电流源，一与交变电流源连接的整流电路，一将整流电路的DC电源转换为AC电源的逆变器电路，一由驱动搅动器或者洗衣/旋转桶的逆变器电路驱动的马达，一检测马达转子位置的转子位置检测器，一检测马达电流的电流检测器，一检测逆变器电路的DC电压的DC电压检测器和一控制逆变器电路的控制装置。控制装置可将马达电流分解为与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量，且独立控制与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量，从而使DC电压在制动马达时是一给定值。在上述结构中，可通过控制再生能量控制逆变器电路的DC电压满足一特定值，驱动路逆变器电路的能量由马达的反电动势中供给。因此，可以避免在断电时的制动失败。
根据本实用新型的洗衣机马达驱动装置包括一控制装置，在制动中，控制装置控制与磁通量相应的电流分量或电压分量，从而逆变器电路的DC电压是一给定值。在所述结构中，因为可控制再生能量以确保一给定的制动转矩，制动时间即使在断电下也可以保持很短。
根据本实用新型的洗衣机马达驱动装置包括一交变电流源，一与交变电流源连接的整流电路，一将整流电路的DC电源转换为AC电源的逆变器电路，一由驱动搅动器或者洗衣/旋转桶的逆变器电路驱动的马达，一检测马达转子位置的转子位置检测器，一检测马达电流的电流检测器，一检测马达电功率的马达电功率检测器，和一控制逆变器电路的控制装置。该控制装置可将马达电流分解为与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量，且根据马达的电功率在马达制动操作中独立控制与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量。在上述结构中，根据马达电功率可以判断马达的反电动势和马达线圈的能量消耗的平衡。因此，根据马达电功率的小/大，通过控制与磁通量相应的电流分量或与磁通量相应的电压分量，反电动势可以被控制，从而在逆变器电路中反电动势不会引起再生成。因此可以避免在逆变器电路中的DC电压的异常升高。
根据本实用新型的洗衣机马达驱动装置包括一检测马达电功率的马达电功率检测器，其根据与磁通量相应的电功率分量和与转矩相应的电功率分量来执行计算。在这种结构下，因为瞬时检测马达的电功率，可瞬时判断在马达的反电动势和马达线圈的能量消耗之间平衡的异常。因此可提前避免在逆变器电路中的DC电源的再生功率的影响。


图1示出了根据本实用新型的第一示范性实施例的洗衣机马达驱动装置结构的框图。
图2示出了在第一实施例中的洗衣机马达驱动装置操作的时间图。
图3示出了在第一实施例中的洗衣机马达驱动装置操作中的振幅—电角θ的关系图。
图4示出了用来描述在第一实施例中的洗衣机马达驱动装置的洗衣操作的流程图。
图5示出了用来描述在第一实施例中的洗衣机马达驱动装置的脱水操作的流程图。
图6示出了用来描述在第一实施例中的洗衣机马达驱动装置的马达驱动子程序操作的流程图。
图7示出了用来描述在第一实施例中的洗衣机马达驱动装置的载波信号中断子程序操作的流程图。
图8示出了用来描述在第一实施例中的洗衣机马达驱动装置的位置信号中断子程序操作的流程图。
图9示出了用来描述在第一实施例中的洗衣机马达驱动装置的转速控制子程序操作的流程图。
图10示出了在第一实施例中的洗衣机马达驱动装置中的马达转速和d轴电流Ids之间的关系图。
图11示出了在第一实施例中的洗衣机马达驱动装置中的衣服量的马达转速和d轴电流Ids之间的关系图。
图12示出了马达电流分解为d轴电流和q轴电流的矢量图。
图13示出了根据本实用新型的第二示范性实施例的洗衣机马达驱动装置的结构框图。
图14示出了用于描述在第一实施例中的洗衣机马达驱动装置中启动控制子程序操作的流程图。
图15示出了在本实用新型的第三示范性实施例的洗衣机马达驱动装置的结构框图。
图16示出了在第三实施例中用于描述洗衣机马达驱动装置的制动操作的时间图。
图17示出了在第三实施例中洗衣机马达驱动装置的正常操作的马达电流矢量图。
图18示出了在第三实施例中洗衣机马达驱动装置的制动操作的马达电流矢量图。
图19示出了在第三实施例中用来描述洗衣机马达驱动装置的脱水操作的流程图。
图20示出了在第三实施例中用来描述洗衣机马达驱动装置的马达驱动子程序操作的流程图。
图21示出了在第三实施例中用来描述洗衣机马达驱动装置的转速控制子程序操作的流程图。
图22示出了在第三实施例中的洗衣机马达驱动装置中的马达转速，d轴电流和q轴电流之间的关系图。
图23示出了在第三实施例中用于描述洗衣机马达驱动装置操作的马达电流和马达电压的矢量图。
图24示出了根据第三实施例的洗衣机马达驱动装置的其它结构框图。
图25示出了在第三实施例中用来描述洗衣机马达驱动装置的其它转速控制子程序操作的流程图。
图26示出了在第三示范性实施例中洗衣机马达驱动装置的其它结构框图。
图27示出了在第三实施例中的洗衣机马达驱动装置的其它载波信号中断子程序的操作流程图。
图28示出了常规洗衣机马达驱动装置的结构框图。
优选实施例的详细描述现在，将参照图详细描述根据本实用新型的洗衣机马达驱动装置的示范性实施例。
(实施例1)图1示出了根据本实用新型的第一示范性实施例的洗衣机马达驱动装置结构的框图。在图1中，一交流电源1输出交变电流到整流电路2，在那里通过整流器20和电容器21转换为直流电源。把直流电压供给逆变器电路3。
逆变器电路3由三相全桥逆变器电路组成，该电路由六个电源开关半导体器件和逆平行的二极管形成；通常它由智能电源模块(IPM)组成，该模块具有一绝缘栅双极晶体管(IGBT)和一具有内装式驱动电路和保护电路的逆平行的二极管。逆变器电路3的输出端与马达4连接，该马达4驱动一搅动器(未示出)或洗涤/旋转桶(未示出)。
马达4使用无刷直流马达；在为永久磁铁的转子和定子之间的相对位置(转子位置)，通过转子位置检测器4a来检测。转子位置检测器4a通常由三个霍尔IC形成，并且在每个60°的电角处检测位置信号。提供一电流检测器5用于检测马达4的相电流Iu，Iv，Iw；通常使用一能够测量包括DC电流的低频的直流变压器。但是，也用一交流变压器来检测它们，这将在后面描述。在三相马达的情况下，通常的做法是首先获得一两相电流，然后剩余一相电流从基尔霍夫定律中计算出来(Iu+Iv+Iw＝0)。
设置控制装置6用来控制逆变器电路3；大体的思路是，它由一微型计算机，一内装微型计算机的逆变器控制定时器(PWM定时器)，一高速A/D转换器，一存储电路(ROM，RAM)等形成。下面将更详细地描述控制装置6，它由如下部分形成一电角检测器60，根据从转子位置检测器4a来的输出信号检测电角；一三相/两相d-q转换器61，根据来自电流检测器5的输出信号和来自电角检测器60的信号分解为相应于磁通量的分量Id和相应于转矩的分量Iq；一转速检测器62，用于检测转子的转速；一存储单元63，当转换固定坐标系统为旋转坐标系统或反之转换时，用于存储正弦波数据(正弦sin，余弦cos数据)；一两相/三相d-q逆转换器64，用于转换相应于磁通量的电压分量Vd和相应于转矩的电压分量Vq为三相马达驱动控制电压vu，vv，vw；和一PWM控制装置65，用于根据三相马达驱动控制电压vu，vv，vw，控制在逆变器电路3中的IGBT的开关。
控制装置6也包括过程控制装置66，用于根据洗衣阶段和脱水阶段控制旋转的启动与停止和马达4的制动等；转速控制装置67，用于根据转速检测装置62的输出信号控制马达4的旋转次数；一马达电流控制装置68，在比较来自过程控制装置66和转速控制装置67的d轴(直轴)电流确定信号(current specifying signal)Ids、q轴(正交轴在垂直调幅中的水平轴)电流确定信号Iqs和从三相/两相d-q转换器61中计算出来的Id，Iq之后，计算用于控制马达电流所需要的相应于磁通量的电压分量Vd和相应于转矩的电压分量Vq；和一衣服数量检测器69。
一恒定转矩控制通过引入反馈控制来实现，所以相应于转矩的q轴电流满足给定值(specified value)Iqs。但是，当转速变高时，马达感应电压升高并且转矩电流Iq停止增加。因此，如果d轴电流根据转速增加的话，q轴电流也被增加，从而导致转矩增加。
图2示出了各自部分的波形。来自定子位置检测器4a的输出信号H1，H2，H3的边缘信号每60°发生改变，因此，呈现360°被6除的角度。考虑信号H1的高边，在它从低变高时，参考电角为0°，在马达4的U相线圈处的感应电压Ec呈现一滞后参考信号H1 30°的波形。当U相马达电流Iu和马达感应电压Ec是同一相位时效率最高。马达感应电压Ec在与q轴等同的轴上，而d轴落后90°。因为q轴电流与马达感应电压的相位是相同，所以称q轴电流是转矩电流。
参照图2，U相马达电流Iu比U相线圈感应电压Ec略微超前，而马达电压Vu具有一比U相线圈感应电压Ec超前30°的波形。Vc代表一在PWM控制装置65中产生的锯齿载波信号，而vu是一具有正弦曲线波形的U相控制电压。一PWM信号u在PWM控制装置65中通过比较载波信号vc和U相控制电压vu而产生；该信号作为控制信号被加到逆变器电路3中的U相上臂晶体管。ck代表载波信号vc的同步信号，当载波计数器计完数并溢出时，它是一中断信号。
当马达4的转子磁铁的轴和定子磁通的轴一致时，电角确认为d轴，并且从固定坐标系统变换为旋转坐标系统，即针对基准电角为0°进行d-q变换。因此，电角检测器60从定子位置检测器4a的输出信号H1，H2，H3中检测电角30°，90°，150°等等；除了在每隔60°外的电角θ是通过推导而得到的。
相应于磁通的电流分量通常称为d轴电流Id。因为永久磁铁的磁通和场磁铁的磁通共用一轴并且永久磁铁受场磁铁吸引，在这种情况下的转矩为0。
与在电角中的d轴为90°时的感应电压相位相同的的轴为q轴；在该轴上转矩最大。因为是相应于转矩的电流分量，称为q轴电流分量Iq。而且，因为如果d轴电流分量在负方向增加的话，它将对d轴上的场磁铁的磁通产生一等同的削弱效应，这被称为通量削弱控制。因为它分解成了d轴电流和q轴电流，并且独立控制它们，所以将其称为矢量控制。
三相/两相d-q转换器61根据(公式1)转换马达电流Iu，Iv，Iw为d轴电流Id和q轴电流Iq。Id，Iq根据相应于电角θ检测的马达电流的瞬时值计算出来。IdIq=cosθsinθ-sinθcosθ×231-12-1203232‾‾IuIvIw]]>=23cosθcos(θ-2π3)cos(θ-4π3)-sinθ-sin(θ-2π3)-sin(θ-4π3)IuIvIw]]>(公式1)示出在图3中的振幅数据和sinθ，cosθ的电角θ存储在存储单元63中。因此，分解为d轴电流Id和q轴电流Iq通过调出相应于电角θ的数据并求和然后综合而得到。电角θ的检测和马达电流的瞬时值与载波信号同步。这个过程的详细描述将在后面参照相关的流程图来描述。
转速检测器62从转子位置检测器4a的输出参考信号H1检测马达旋转计数；并且发送旋转计数的信号到过程控制装置66、转速控制装置67和衣服数量检测器69。过程控制装置66控制马达4的启动和并给定旋转的次数以及相应于旋转计数的d轴电流；把旋转计数给定信号Ns发送到转速控制装置67，而把d轴设定信号Ids发送到马达电流控制装置68。
转速控制装置67由一旋转计数比较装置67a和一转矩电流给定装置67b形成，旋转计数比较装置67a用于比较检测的旋转次数N和旋转计数给定信号NS，转矩电流确定装置67b用于根据在旋转计数N和给定旋转计数Ns之间的误差ΔN和转速的变化率(加速)来控制q轴电流给定值Iqs。转速控制装置67控制相应于马达4的转矩的q轴电流Iq来符合给定值Iqs。
马达电流控制装置68在将三相/两相d-q逆转换器61的输出信号Iq，Id分别与给定信号Iqs，Ids相比之后，输出控制电压信号Vq，Vd。马达电流控制装置68由一q轴电流比较装置68a，q轴电压给定装置68b，d轴电流比较装置68c和d轴电压给定装置68d形成，并产生电压信号Vq，Vd，该信号分别控制q轴电流和d轴电流。
两相/三相d-q逆转换器64根据(公式2)由电压信号Vq，Vd计算三相马达驱动控制电压vu，vv，vw。它与载波信号同步发送正弦波形信号到PWM控制装置中，该正弦波形信号对应于由电角检测器60检测的电角θ。存储在存储单元63中的sinθ和cosθ的数据处理方法与在三相/两相d-q转换器61中的相同。VuVvVw=321012321232cosθ-sinθsinθcosθVdVq]]> (公式2)接下来，描述本实用新型第一实施例的安装在洗衣机马达驱动装置中的控制装置6的操作。图4示出了根据本实用新型的洗衣操作的流程图。步骤S100是洗衣开始，步骤S101是洗衣的各种初始化设置，然后在步骤S102检测在洗衣桶/转桶中的衣物的数量。通常用马达4转动搅动器并且观察马达旋转的起始速度或在停止驱动后观察惯性旋转来检测衣物的数量。
在步骤S103，设定对应衣服数量的水位，水流等，然后在步骤S104打开水供给阀(未示出)，在步骤S105判断在洗衣桶/转桶中的水位是否达到设定水位。一旦达到设定水位，在步骤S106将水供给阀关闭，如果还没有达到设定水位，则水供给阀将保持打开。
步骤S107开始搅动过程；由标记判断正转或反转。如果判断为正转，则开始步骤S108，正向驱动马达4，如果指示为反转，则开始步骤S109。反向驱动马达4。驱动马达的详细流程在后面将参照图6在马达驱动子程序中说明。
在执行马达驱动子程序且搅动器开始工作一定时间之后，在步骤S110中控制正转/反转标记，然后进行步骤S111，并且停止马达4一段特定时间。然后进行步骤S112，判断洗衣程序是否完成；如果判断完成了，则开始下一个步骤，如果判断没有完成，则返回步骤S107。
图5是脱水操作的流程，步骤S120是脱水操作开始，在步骤S121进行脱水操作期间最高转速Ns最大值、增加旋转的速度等类似初始化设置，，然后在步骤S122给定转速以使给定的转速随着时间的流逝能一直较高。
然后在步骤S123，执行示出在图6中的马达驱动子程序，且在步骤S124判断是否设定的转速Ns达到最高的Ns最大值。当达到最高的Ns最大值时，进行步骤S125，在此判断是否马达转速N基本上等于最高给定值Ns最大值。如果转速N未达到某个给定的旋转次数的范围，则进行步骤S126，使d轴电流给定值Ids负方向增加然后进行步骤S127。如果转速N基本上等于最高给定值Ns最大值，则不执行步骤S126而跳到步骤S127。
在步骤S127，判断脱水操作是否完成。如果判断完成了，则进行步骤S128制动。制动步骤S128只是使在马达驱动子程序的转矩指示变成负数。也就是，如果q轴电流被设置为负值，则马达4进入制动操作。在这个阶段，然而，为了防止反电动势在DC电源侧产生再生能量，需要提供合适的d轴电流，再生能量可能导致高强度DC电压，破坏在整流电路2和逆变器电路3中的功率半导体器件。
图6是马达驱动子程序的流程图。子程序在步骤S200开始。步骤S201是在开始执行子程序时完成的初始化设置，与主程序进行参数交换并进行许多其他设置，然后进行步骤S202，用于获得初始化的旋转启动控制。步骤S201和步骤S202只在开始执行一次。
在初始化阶段通过对马达施加120°初始角的某一电压而执行启动控制，其中转速反馈控制是不可能的。它通过用低电压启动并随时间逐渐提高电压来提供一软启动。
然后在步骤S203，不管是否有中断载波信号。当在PWM控制装置65上的载波计数器溢出并产生一中断信号ck时，中断载波信号产生。如果存在中断信号ck，则进行步骤S204来执行载波信号中断子程序。
流程图7详细示出了载波信号中断子程序。参照图7，该子程序在步骤S300开始，并在步骤S301处对中断信号ck计数。然后在步骤S302，计算转子位置电角θ。转子位置电角θ通过加上k·Δθ值而推导获得，该值分别通过每个载波信号周期的电角Δθ和载波计数器的计数值k相乘，且通过转子位置检测器4a在每个60°检测电角φ。
假定马达4是一8极马达，那么载波频率为15.6kHz，转速为900r/m，马达驱动频率变为60Hz且载波计数器的计数值k在电角60°内变为大约43。因此，Δθ大约为1.4°。因为在电角60°内的计数值k增加，用于检测和限定电角的处理能力在马达的低转速下改进，因此可以理解的是即使在转速低和要求精度高的情况下，本处理工作也能很好。
现在在步骤S303，检测马达电流Iu，Iv。如果仅检测一次电流，那么仍存在包括噪声的可能性。因此在步骤S304，再执行一次电流检测。在步骤S305，为了去除噪声，要提供一平均值，且根据公式Iw＝-(Iu+Iv)计算马达电流Iw。
在步骤S306，如(公式1)所示从电角θ和马达电流进行计算，且三相/两相d-q转换用来产生d轴电流Id和q轴电流Iq。然后在步骤S307，Id，Iq存储在存储器中，被分别用作转速控制的数据。
在步骤S308，调用d轴控制电压Vd和q轴控制电压Vq，然后在步骤S309，三相/两相d-q逆转换作为由(公式2)生成三相控制电压vu，vv，vw而执行。通过在高速下求和和求积，利用与存储在存储器单元63中的电角相应的sinθ，cosθ的数据，按与步骤S306中一样的方式执行逆转换。在步骤S311，执行与三相控制电压vu，vv，vw相应的PWM控制，然后在步骤S310，返回载波信号中断子程序。
参照早在图2中描述的PWM控制，把锯齿形的(三角形的)载波信号与U相、V相、W相对应的控制电压vu、vv、vw相比，产生逆变器电路3的IGBT开/关控制信号，用于将正弦波驱动施加到马达4上。在上支路(upper arm)晶体管和下支路(1ower arm)晶体管中的信号波形彼此反相；当传导率(conduction ratio)随上支路晶体管增加时，输出电压以正电压而增加，当下支路晶体管的传导率(conduction ratio)增加时，输出电压以负电压而增加。在传导率为50％，输出电压变为0。
当控制电压以与电角θ对应的正弦波形变化时，正弦波形的电流流动。在正弦波形驱动的情况下，当晶体管的传导率达到最大100％时，输出电压以调制率AM100％达到最高；当传导率的最高值为50％时，输出电压以调制率AM0％变得最低。
在执行如图7所示的载波信号中断子程序之后，返回到如图6所示的马达驱动子程序，并进行到判断是否有位置信号中断的步骤S205。当位置信号H1，H2，H3的任一个发生变化，则产生中断信号，并进行到步骤S206，执行如图8所示的位置信号中断子程序。如图2所示，在每个电角60°处产生中断信号。
现在，参考图8，位置信号中断子程序从步骤S400开始。在步骤S401，输入位置信号H1，H2，H3，且在步骤S402，从位置信号检测转子电角θc。在步骤S403，通过载波信号中断子程序计数的计数值k记录在kc中，然后在步骤S404计数值k被清零。然后在步骤S405一载波的电角Δθ在电角60°时从载波计数器计数值kc中计算出来。
在步骤S406，判断是否是一个通过基准位置信号H1的中断信号。如果它是基准位置信号，则进行到旋转周期测定定时器的计数值T被存储为周期To的步骤S407。然后在步骤S408，定时器T被清零，在步骤S409计算马达旋转的次数N。在步骤S410，在旋转周期测定定时器的计数开始，在步骤S411，返回位置信号中断子程序。
假定在旋转周期测定定时器检测和限定的性能精确到八位，时钟变为64μs，因此载波信号可用于时钟。为了提高旋转控制的性能，检测和限定的旋转周期的性能需要提高，时钟周期需要设置在1-10μs范围之内。在这种情况下，微计算机的系统时钟被分开用作时钟。
在执行图8的位置信号中断子程序之后，返回到图6中的马达驱动子程序，执行在步骤S207的转速控制子程序。转速控制子程序的详细描述如图9所示。
参照图9，转速控制子程序在步骤S500开始，在步骤S501调用马达旋转的次数N，然后在步骤S502，根据旋转的次数给定d轴电流值Ids旋转次数。马达旋转次数和d轴电流Ids之间的关系以如图10所示的图形方式工作。在低转速时，把d轴电流值Ids设置为零；在转速高于一个给定值时，Ids根据旋转次数在负方向增加。
马达旋转次数可是一检测的转数或者一给定的转数。然而，当d轴电流给定值Ids根据给定的转数Ns在负方向增加时，可提高控制的稳定性。也就是，在Ids根据测定的转速增加的情况下，Ids随着转数的增加而增加，且增加的Ids导致转速的增加。因此，在小荷载的情况下，转速控制恐怕会失去控制。
在步骤S503，调用在三相/两相d-q转换器61处获得的d轴电流Id，且在步骤S504，比较Id和Ids的大/小。如果判断d轴电流Id大于给定值Ids，则进行到步骤S505使d轴控制电压Vd减小；如果判断d轴电流Id小于给定值Ids，则进行到步骤S506使d轴控制电压Vd增加。
在步骤S507，调用在三相/两相d-q转换器61处获得的q轴电流Iq，且在步骤S508，Iq和Iqs的大/小进行了比较。如果判断q轴电流Iq大于给定值Iqs，则进行到步骤S509使q轴控制电压Vd减小；如果判断q轴电流Iq小于给定值Iqs，则进行到步骤S510使d轴控制电压Vd增加。紧接着在步骤S511，分别存储计算的d轴控制电压Vd和q轴控制电压Vq，然后在步骤S512，返回转速控制子程序。
因为大约在每个载波信号d轴电流Id和q轴电流Iq被转换，所以存在包括转矩脉动的大波动。如果转换的d轴电流Id和转换的q轴电流Iq在每个载波与Ids和Iqs的给定值相比较，则会有太多的波动因素，它们将导致控制的不稳定。因而，需要加入累计平均或类似的概念(averaging or the like concept of integration)。
由于上述原因，在载波信号中断子程序步骤S204或者位置信号中断子程序步骤S206中不执行旋转控制子程序步骤S207，但是独立执行在如图6所示的马达驱动控制子程序。为了在旋转控制中更快地响应，可以考虑使其执行位置信号中断子程序。然而，应注意的是在转速低的情况下，响应速度可能也变低。
参照图10，当d轴电流给定值Ids根据给定转速而增加时，则变成在高速旋转的磁通削弱控制。因此，转矩可通过增加马达电流而增加。在脱水的高速旋转期间，在其他操作中，转桶旋转次数可通过增加d轴电流给定值Ids可而设定为很高。这可导致脱水的较高效率。
也为了为洗衣搅动操作中设定高的转速，可以增加d轴电流给定值。这通过执行具有增加转矩的高速旋转来完成；因此，在有高的洗衣量时，可以增加洗衣转矩。这将导致较高的洗衣效率。
如上所述，由于通过在低速旋转区域设定d轴电流值Ids基本上为零而实现控制，所以以最大的效率进行操作；而在高速旋转区时，d轴电流值-Ids被给定为很高用于高转矩操作。因此，可提高可在脱水操作或洗衣操作期间的马达效率。
图11示出了与转速对应的d轴电流给定值-Ids根据衣服的数量而变化的情况。曲线A代表衣服数量检测器69判断衣服的量很大的情况，而曲线B则代表衣服量小的情况。衣服的量大则需要高的转矩，所以d轴电流给定值-Ids在高速转动时增加。在衣服量小的情况下，则不需要这么高的转矩；因此，d轴电流给定值-Ids的增加率低而节省转矩。因此也可避免对衣服的损坏，且增加马达的效率。
在中等家庭一天的洗衣量在2-4kg范围内。因此，可通过降低d轴电流给定值-Ids而高效率地控制马达4。因而，减少马达4产生的热量，对节省能源是一种贡献。
图12是将马达电流Im分解为d轴电流和q轴电流的矢量图。这示出了d轴电流在负方向上增加的磁通削弱控制，即所谓的通过超前角度的控制。-Ids，Iqs分别代表矢量控制的给定值。负的q轴电流为制动；通常，在Iq是负值而Id是正值的情况下，它变成为再生制动器，在直流电源侧产生反电动势；当Iq和Id都为负值，它变成为动态制动，马达的内阻消耗了反电动势。
因此，通过分解为d轴电流和q轴电流和并为Ids Iqs给定合适值1a以便进行矢量控制，使制动控制和反电动势的控制变得容易。
如上所述，根据本实用新型的第一实施例的洗衣机马达驱动装置检测不带电刷的直流马达的马达电流，它可分解为与磁通量相应的电流分量和与易于矢量控制的转矩相应的电流分量。在低速旋转时，控制主要施加到与转矩相应的电流分量上，使控制的效率达到最大化；当在高速旋转时，与磁通量相应的电流分量在负方向上增加，用于磁通削弱控制，因而电流被增加以便易于最大转矩的控制。提高马达特性且提高洗衣操作的效率。这使得马达小型化。
在其它操作中驱动洗衣机的搅动器的荷载，几乎与流体引起的一致；这意味着随着转速的提高，转矩将加大，且如果它遵循常规的控制概念，在高速旋转下搅动器可停止其操作。然而，即使在高速旋转下利用高转矩的矢量控制，也可提高洗衣率。而且在脱水操作中，它能以高速来驱动洗衣/旋转桶；因此，即使小马达也能获得高速率的脱水。
实施例2图13示出了根据本实用新型的第二示范性实施例的洗衣机马达驱动装置的结构框图。与图1所示的第一实施例的不同点是实施例1的控制装置6由控制装置206所替代，该控制装置进一步包括启动控制装置270，调制控制装置271和电压给定装置272。
参照图13，启动控制装置270在马达转动开始时设定各种初始值，并转换软启动到反馈控制。在启动时，给马达4提供一指定电压使得开始旋转，然后在马达具有一定旋转后，或一定电角的旋转后，提供一反馈控制。在旋转开始时，调制控制装置271控制直接施加到马达上的调制电压AM，马达电感电压Ec和施加到马达上的电压相位θa。在运转开始时，电压给定装置272控制直接将电压控制信号Vu，Vv，Vw送到PWM控制装置65中。结构的其他部分与实施例1中的相同；因此，相同结构的元件使用相同的符号来表示且在此省掉重复的描述。P24
下面描述在第二实施例中的上述结构的洗衣机马达驱动装置的操作。图14示出了用于描述通过启动控制装置270完成操作和控制的启动控制子程序，该控制装置已加在本实用新型的实施例2中。它示出了检测从q轴电流Iq和d轴电流Id到反馈控制的控制内容。如图6所示的马达驱动子程序的步骤S202由当前的启动控制子程序所替代。
参照图14，启动控制子程序在步骤S600开始，诸如初始化施加电压的各种初始化设置在步骤S601完成，并在步骤S602判断转子是否在一转之内或多于一转。如果判断为在一转之内，则进行到步骤S603根据从转子位置检测器4a的信号来执行方波驱动所谓的120°传导控制。这是因为120°的传导控制可以提供更大的转矩；因为在旋转开始之前和之后，很难立即推断出在每个60°产生位置信号的位置。
如果判断是超过转子的一转，则进行到步骤S604，用于正弦波驱动，然后在步骤S605，它施加一与转子位置信号相应的正弦波输出的输出电压。在位置信号和输出电压之间的定时如图2中的波形所示；它基本上与马达感应电压Ec一致，或者甚至当它稍微超前时，电角θa强迫施加在30°以内的电压波形。
然后在步骤S606，判断是否有载波信号的中断；如果有中断信号，则进行到步骤S607，执行载波信号中断子程序，如果没有，进行到步骤S608，判断是否有位置信号的中断。如果有中断信号，进行到步骤S609，执行位置信号中断子程序。如果没有，进行到步骤S610，判断是否转速达到一个给定的转速N1。
如果未达到转速N1，则进行到步骤S611以增加晶体管传导率，用于增加正弦波调制率，或者在120°的传导控制的情况下，通过对晶体管增加电源系数提高施加到马达上的电压。如果高于给定的转速N1，则进行到步骤S612，返回到该子程序。
当对给定转速引入矢量控制时，扩展放大电流检测器5的频率特性到直流分量变得不必要，且可使用便宜的交流变压器。与直流变压器的使用相比，这将导致实际上的费用降低。另外，可引入启动电流的平滑控制的软启动；因此，由于过多响应的直流分量很难观测并且d轴电流和q轴电流可通过交流变压器能以满意精确度检测到。
载波信号中断子程序步骤S607基本上与图7中的一致；步骤S307和步骤S308是不必要的。在每个载波信号将转子位置电角推断出来，执行三相/两相d-q转换以获得d轴电流和q轴电流，并将数据存储在存储器中。如果能给定Vd和Vq，则在两相/三相d-q逆转换之后马达感应电压Ec和输出电压具有基本上相同相位，如同所使用的流程图。位置信号中断子程序步骤S609与如图8所示的相同。
在返回启动控制子程序之后，在转换到矢量控制后控制的内容与实施例1中描述的相同；根据转速控制d轴电流。利用通过三相/两相d-q转换获得的d轴电流和q轴电流转换到矢量控制。d轴电流和q轴电流的转换在每个载波频率产生；然而，鉴于多个波动元素，需要至少一个周期(360°)的电角。
尽管在本实施例中，这样的例子，对在转速达到给定水平后退出启动控制子程序情况下的例子进行了描述，可通过在至少360°电角之后，在转换到正弦波驱动后转变到矢量控制而提高控制的响应速度。通过这样做，矢量控制的优点表现的更重要。
当从120°传导控制到正弦波转换在电角的两个360°给定时，然后从恒定调制正弦波驱动到矢量控制的转换在360°给定，到矢量控制的转换在电角的三个360°给定。在这种情况下的控制单元是电角；在8极无刷的直流马达中，例如，因为四个电角360°等同于一个转子的转数，到矢量控制的转换在3/4转数完成。这使得在启动时能进行高速旋转控制。
较高速度响应控制可根据在每个60°的中断信号通过转速的推导来完成。但是由于不能定位的霍尔IC，这可带来实际的转速误差；因此，建议使用基准霍尔IC用于计算转速；也就是，为了误差小，在每个电角360°的转速检测较好。
如上所述，根据本实用新型的第二实施例洗衣机马达驱动装置与实施例1类似，分解检测马达电流为与磁通量相应应的电流分量和与易于矢量控制的转矩相应的电流分量。通过这样做，可提高马达特性，提高洗衣操作的效率并且马达可以小型化。当对洗衣机的搅动器驱动时，由于矢量控制，甚至在高速旋转中提供一更好的转矩。同样在旋转操作中，可在高的转速下驱动洗衣/旋转桶。因此，甚至小型马达就可获得高的脱水率。
进一步，通过在马达启动时施加一特定电压，然后分解马达电流为与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量，然后在达到一特定转速或者一特定的转角之后通过矢量控制转换到电流反馈控制，可实现平滑转矩控制，且可降低在转速控制中的超调可能性或异常旋转。这对减轻衣服的损坏有贡献。
更进一步，交流变压器可用于电流检测器5。这对实现一昂贵的洗衣机马达驱动装置有贡献。
实施例3图15示出了根据本实用新型的第三示范性实施例的洗衣机马达驱动装置的结构框图。与如图1所示的第一实施例不同的最重要的一点是去掉了在控制装置6中的衣服量检测器69和过程控制装置66，而加入了转矩控制装置366用来形成本第三实施例的控制装置306。
在实施例3中的洗衣机马达驱动装置的显著点是它包括一转矩控制装置366。下面简要描述转矩控制装置366。
控制装置306包括一转矩控制装置366，用于根据是洗衣阶段还是脱水阶段来控制马达4的转速和转矩；一转速控制装置67，用于根据转速检测器62的输出信号来控制马达4的转速；和一马达电流控制装置68，用于将来自转矩控制装置366和转速控制装置67的d轴电流给定信号Ids和q轴电流给定信号Iqs与通过三相/两相d-q转换器61计算出的Id和Iq相比较，从而计算与磁通量相应的电压分量Vd和与转矩相应的电压分量Vq以控制马达电流。当与第一实施例中的控制装置6进行比较时，除了过程控制装置66由转矩控制装置366替代外，在信号交换上没有太大的区别。余下的结构仍然与实施例1中的一样。因此，使用相同的符号来表示相同结构的元件且在此省掉这些元件的描述。
能通过引入反馈控制实现恒定转矩控制，所以与转矩相应的q轴电流Iq和给定值Iqs一致。当转速变得较高时，马达感应电压升高且转矩电流Iq停止增加。因此，根据转速通过在负方向上增加d轴电流也可增加q轴电流。所述增加转矩的功能仍然与实施例1和2中描述的一样。
为了减速，可给定q轴电流Iqs为一负值用以产生负转矩或者制动转矩。因为制动转矩通过矢量控制可以被控制为恒定，控制程序可由正常的驱动操作和制动操作所共用；然后，可通过简单改变q轴电流给定值Iqs和d轴电流给定值Ids而工作。在q轴电流的小磁滞回线上的转速反馈控制可以用来正常驱动；而对制动而言，给定旋转计数为零，且可提供q轴电流反馈控制。
然而，应注意根据转速来控制d轴电流。否则，产生的再生能源引起逆变器的DC电压的异常升高，该电压增加将对功率半导体器件或电解电容器21产生坏的影响。
在正常驱动时，本实施例3中的洗衣机马达驱动装置工作，与参考图2的实施例1中描述的波形关系基本上一样。因此，这里略去了其详细的描述以避免重复。
图16示出了在制动操作中的各个部分的波形。当正常驱动的相位变换大约180°时，产生制动转矩。也就是，当控制电流在q轴的负方向为最大时，感应电压Ec达到最高，产生负转矩用于制动操作。
图17示出了在正常驱动期间在d-q坐标上的电流矢量图；把d轴电流设置为负的用于磁通量的减弱控制。在具有吸附到转子表面的磁性装置的非突出磁性马达的情况下，通过给定d轴电流为零使得操作效率最大化。
图18示出了在制动操作中的电流矢量；电流I1代表在制动开始时的矢量，而电流I2代表通过制动转速降低之后的矢量。在制动操作开始时，q轴电流和d轴电流需要设置为负值，且d轴电流需大于q轴电流；否则，产生再生能源。在d轴电流为正且q轴电流为负的区域，再生能源变得非常大，因此，几乎不可能由电动线圈消耗反电动势。因而，洗衣机的制动操作应当在Id和Iq都为负值的区域中执行。
根据在实施例1中以相同方式描述的(公式1)，图15的三相/两相d-q转换器61转换马达电流Iu，Iv，Iw为d轴电流Id和q轴电流Iq。根据与电角θ相应的瞬时马达电流值来计算Iq和Id。
因为图3中所示的sinθ，cosθ和电角θ的振幅数据存储在存储单元63中，可调用与电角数据相应的数据用于求和和求积的计算，如实施例1中一样；因而，它可分解为d轴电流Id和q轴电流Iq。电角θ和马达电流瞬时值的检测可与载波信号同步进行，这将在后面参照流程图详细描述。电角θ的基准可根据d轴计算出来。虽然图2和图16中的电角是以H1作为基准的，但实际上它是以d轴作为基准的。因此，进行计算的假设是H1的低边超前30°，H3的高边作为q轴且超前90°。
转速检测器62从转子位置检测器4a输出的基准信号H1检测马达转速；且传送旋转计数信号到转矩控制装置366和转速控制装置67。在正常的驱动操作中，转矩控制装置366给定马达4的转速与转速相应的d轴电流；将转速给定信号Ns加到转速控制装置67中，并将d轴给定信号Ids加入马达电流控制装置68中。
转速控制装置67由以下部分形成，一旋转计数比较装置67a，用于比较检测的转数N和转速给定信号Ns，和一转矩电流给定装置67b，用于根据在旋转计数N和给定旋转计数Ns之间的误差信号ΔN以及转速变化率(加速)来控制q轴电流给定值Iqs。它控制与马达4的转矩相应的q轴电流Iq，以符合给定值Iqs。为了制动操作，执行在负方向上的转矩控制，而不是转速控制；给定马达电流控制装置68的q电流值为某一特定负的转矩电流-Iqs，同样给定d轴电流为某一特定负的转矩电流值-Ids。
马达电流控制装置68由q轴电流比较装置68a，q轴电压给定装置68b，d轴电流比较装置68c，d轴电压给定装置68d组成。它在将三相/两相d-q转换器61的输出信号Iq和Id分别与给定信号Iqs和Ids的比较之后，传送分别控制q轴电流和d轴电流的电压信号Vq和Vd。两相/三相d-q逆转换器64根据(公式2)从电压信号Vq和Vd中计算三相马达驱动控制电压Vu，Vv，Vw。将与由电角检测器60检测的电角θ相应的正弦波形信号加入到PWM控制装置中。存储在存储器单元63的sinθ和cosθ的数据处理方法仍然几乎与在三相/两相d-q转换器61中的一样。这些功能与第一实施例的一致。
接着，描述根据本实用新型的第三示范性实施例的置于洗衣机马达驱动装置中的控制装置306的操作顺序。与实施例1和2类似，示出了微计算机生成控制装置306的操作程序顺序的流程图。除了用于实施例1中的图4，图7和图8以外，图19，图20和图21用来描述在本实施例3中的构成洗衣机驱动控制装置的控制装置306的操作顺序。
实施例3中洗衣操作以实施例1的流程图4的方式进行；在步骤S100开始，在判断是否洗衣完成的步骤S112结束。每个过程的详细描述在这里不再重复。
实施例3中脱水操作以流程图19的方式进行。参照图19，脱水操作在步骤S120开始，，诸如在脱水操作期间的最高给定转速Ns max和转桶旋转的初始速度等的各种初始化设置在步骤S121完成，然后在步骤S122中给定转速以便随着时间的流逝转速变得校高。给定的转速具有上限；给定该速度不能高于上限。至此，这些步骤仍与实施例1中的一致。
接着，进行到步骤S1221，根据给定的转速改变给定的d轴电流。为了高速驱动，提供磁通量减弱控制且给定d轴的电流为负值。然后，进行步骤S123，执行图20所示的马达驱动子程序。在步骤S127，判断脱水操作是否结束。如果判断结束，则进行到制动步骤S128。
步骤S128是为制动操作进行各种初始化设置；给定d轴电流，q轴电流和转矩电流控制而不是转速控制的初始化设置。基本上，这里所需要的是简单将转矩指令变成马达驱动子程序中的负值。如参照已经描述的矢量图18一样，给定d轴电流和q轴电流为负值，且初始制动d轴电流的值大于q轴电流的值。
然后，进行到步骤S1281，根据转速改变d轴电流。基本上，q轴电流可控制为一常量。但是，当根据转速改变q轴给定电流值和d轴给定电流值时，如图22所示，可阻止在高速运转区域的逆变器电路3中的再生能源，并可避免在低速运转区域转矩的降低。
在步骤S1282，又一次执行图20的马达驱动子程序，然后在步骤S1283，判断旋转是否结束。如果判断结束，则进行下一步；如果判断未结束，则返回到步骤S1281。
按流程图20执行在实施例3中的马达驱动子程序。参照图20，马达驱动子程序在步骤S200开始，步骤S2001是在子程序执行的开始进行初始判断。事实上所描述的是判断关于是否是驱动启动或者制动的初始阶段；如果是，进行到步骤S201，进行各种初始化设置，与主程序进行参数交换并执行各种设置，然后进行到步骤S202，进行运转启动控制或初始制动控制。
步骤S201和步骤S202仅在开始被执行一次。启动控制通过在初始阶段施加初相角120°的特定电压到马达而完成，该阶段不可能有转速反馈控制。通过一低电压启动并随时间的流逝逐渐升高马达的电压而提供软启动。为了制动操作，增加负的d轴电流而降低负的q轴电流以确保软启动，这里不用突然制动转矩。
然后，从步骤S203开始执行，通过步骤S207判断是否有载波信号中断，这是一转速控制子程序。直到步骤S208仍与实施例1中的一样，因此省略了这些描述以避免重复。应当注意的是在本实施例3的马达驱动子程序中，载波信号中断子程序步骤S203使用在实施例1中使用的相同的流程图7，同样位置信号中断子程序步骤S206使用在实施例1中使用的流程图8。然而，在执行转速控制子程序时，则使用流程图21；这就是与实施例1的不同点。
在图21中，转速控制子程序在步骤S500开始。在步骤S501，调用马达的转数N，在步骤S5020判断标记是正常驱动还是速度降低的制动。如果判断是正常驱动，则进行到步骤S5021，为了转矩控制，根据给定转速和检测的转速之间的差异控制q轴电流。如果判断是速度降低的制动，则进行到步骤S5022，在负方向进行转矩控制。也就是，为控制制动转矩而在-Iqs给定q轴电流。
在转速控制子程序流程图21中，从步骤S505开始，调用从三相/两相d-q转换器61获得的d轴电流Id，通过在存储装置中分别存储d轴控制电压Vd和q轴控制电压Vq的步骤S511和返回转速控制子程序的步骤S512完全与实施例1中的一样。因此在这里不再重复详细描述每个步骤。
图23示出了施加到马达上的马达电流Im和电压Vm分解为d轴和q轴的矢量图。施加到马达上的马达电流Im和电压Vm的产生代表从逆变器电路3提供给马达4的能量；假定施加到马达上的马达电流Im和电压Vm的角(α+β)为φ，从逆变器电路传递到马达的有效能量为P＝ImVmcosφ。如果φ为90°或者更小，它变成一正的能量且逆变器电路传递能量到马达，马达的反电动势(Pg＝-Iq×Ec)变成一由马达内阻消耗的制动转矩。另一方面，如果φ超过90°，它变成负的能量，且从马达4到逆变器电路3端再生能量。
因为cosφ＝cos(α+β)＝cosαcosβ-sinαsinβ＝(IqVq-IdVd)/ImVm，P＝IqVq-IdVd。也就是，马达功率可从q轴功率和d轴功率之间的差异计算出来；当马达功率为零时，马达线圈消耗的功率和马达的反电动势保持平衡，当马达功率P为正时，线圈消耗的功率较大，另一方面，当它为负时，反电动势较大并产生再生能量。因此，能量平衡可通过判断马达功率P的较大或较小来检测。
参照矢量图23，IqVq为正，而IdVd为负。因为Id是负值，如果Vd在正方向上增加，P变成负值以执行再生操作。因此，在制动操作期间，q轴电流Iq和d轴电流Id是负值，如果d轴电压Vd在正方向上增加，则它变成一再生操作。因此，可以理解的是可通过控制d轴电流Id而控制再生能量。
换句话说，如果逆时针分解电压矢量Vm，则可再生能量，而如果顺时针分解它，能量则在马达4处被消耗。通过在d轴方向上控制电压或者电流并计算电功率P的增加/降低，在没有引起再生能量的情况下，能量可在马达4处消耗掉。因此在逆变器电路3端没有再生能量时，矢量控制可使制动转矩最大化。
如上所述，在本实用新型的第三实施例中，置于洗衣机马达驱动装置中马达驱动装置的控制装置将马达电流分解为与与磁通量相应的电流分量和转矩相应的电流分量。为了制动马达的转动，因为它独立控制与磁通量相应的电流分量和与转矩相应应的电流分量，因此通过在与转矩相应的电流分量上的矢量控制使得制动转矩最大，而在与磁通量相应的电流分量的控制用来控制再生能量，防止在逆变器电路中引起DC电压的异常升高。因为置于马达驱动装置的控制装置在马达的制动中控制与转矩相应应的电流分量从而满足一特定值，制动转矩可通过在负方向上给定转矩电流分量而被控制来显示特定值，因而使得制动时间更短。因为它控制与磁通量相应应的电流分量和与转矩相应应的电流分量来显示各自的特定值，可独立控制马达的反电动势和由马达的内阻消耗的能量。因此，再生能量在控制之下且可以阻止在逆变器电路中引起DC电压的异常升高。另外，可根据转速独立控制制动转矩和由马达内阻消耗的能量；因此，可防止在高速转动区再生能量的增加和在低速转动区的制动转矩的减少。进一步，因为置于马达驱动装置的控制装置给定与磁通量相应应应的电流分量从而在马达制动操作的开始它大于与转矩相应应的电流分量，因此可以阻止在开始时过大的制动转矩和由于再生能量在逆变器电路中引起DC电压的异常升高。
图24示出了根据本实用新型的第三实施例的洗衣机驱动装置的其他例子的框图。与图15相比，图24的洗衣机马达驱动装置在电源部分进一步包括与电容器21平行设置的电压检测器7和在控制装置中的电压控制装置406。
参照图24，电压检测器7用来检测逆变器电路3的直流电压，而设置在控制装置406中的电压控制装置469通过矢量控制来控制再生能量到逆变器电路3。将电压检测器7的输出信号vdc传送到电压控制装置469，而电压控制装置469在制动操作中将电压检测器7的输出信号与逆变器电路3的直流电压给定值vdc进行比较来改变d轴电流给定值Ids并控制电流控制装置68的d轴电压Vd的输出。其余部分与图15中的一样，因此相同的结构部分使用相同的符号来表示且在此省略描述。
接着，说明如图24所述的洗衣机马达驱动装置的操作。如上所述，参照矢量图23，当在制动时施加到马达上的电压的矢量Vm在d轴方向上增加，产生的再生能量导致在逆变器电路3直流电压的增加。因此，再生能量可通过d轴电压或d轴电流得到控制，因而在逆变器电路的直流电压可控制为恒定值。
图25是用于描述由电压检测器和电压控制装置执行的操作和控制的转速控制子程序，它被加到洗衣机马达驱动装置中，如图24所示。如图25所示的子程序与图21的转速控制子程序一致，它是图15中的马达驱动装置的对应装置，增加用于控制再生能量的步骤。参照图25，转速控制子程序在步骤S500开始，在步骤S501调用检测到的转速N，且在步骤S5020，判断是正常操作，正常制动还是断电紧急制动。如果判断是断电紧急制动，进行到步骤S5023，这里通过电压检测器7检测逆变器电路的直流电压，然后在步骤S5024中d轴电流给定值通过在直流电压给定值和检测到的电压之间的误差信号来控制，然后在步骤S503调用d轴电流。操作和功能的其它过程和顺序仍与参照图15描述的一样。因此，在这里省略描述以避免重复。
在需要紧急制动的情况下，因为意想不到的断电或者由于电源开关不注意的堵塞，将没有对驱动逆变器电路3的控制电路可利用的能量。然而，在第三实施例中的洗衣机马达驱动装置的所述已描述的例子中，该例子进一步包括电压检测器和电压控制装置，供给控制电路的电源通过再生马达反电动势获得到逆变器电路3的直流源。以这种方式，逆变器电路可继续运行。
图24的结构示出了控制d轴电流给定值Ids的电压控制装置469的例子。但是，电压控制装置469可直接控制d轴电压Vd。同样，为了具有顺时针或逆时针分解的电压矢量，可进行控制保持d轴电压Vd和q轴电压Vq的关系。在任何情况下，当反相直流电压升高时，d轴电压降低且d轴电流在负方向上增加；另一方面，当反相直流电压降低时，d轴电压升高且d轴电流在正方向上增加。制动转矩可通过控制q轴电流到某一特定的负值而保持恒定值，而根据直流电压控制d轴电流。
图26的结构示出了根据本方面的第三实施例的洗衣机马达驱动装置的其它例子。与图15相比，图26的洗衣机马达驱动装置进一步包括设置在控制装置506上的马达功率检测器8。
参照图26，提供给控制装置506一用于检测马达4的电功率的马达功率检测器8。马达功率可从马达相电流、相和相之间的电压中检测出来。然而，在如图26所示的马达驱动装置中，可以使用参照矢量图23的描述相同的方法；也就是，利用d轴电流Id和d轴电压Vd的乘积(product)的方法，q轴电流Iq和q轴电压Vq的乘积的方法(P39)。其余部分与图15中的结构一样，因此相同结构的元件使用相同的符号来表示且在此省略这些部件的重复描述。
下面详细描述如图26所示洗衣机马达驱动装置的操作。为了检测马达功率；从逆变器电路3到马达4的能量流可从逆变器电路3的直流电流和直流电压的乘积中检测到，如果功率是正值，判断在马达端消耗能量，而如果功率是负值，判断有再生能量。在任何情况下，依靠在马达线圈的功率消耗和在马达产生的功率之间的差，在制动操作期间马达电功率有增加/降低波动。
因此，可通过在负方向上增加d轴电流或者d轴电压使得电压具有顺时针方向分解的矢量来阻止在直流电源端的再生功率。另一方面，当要增加制动转矩时，可在负方向上增加q轴电流。
图27示出了用于描述由马达功率检测器执行操作和控制的载波信号中断子程序，该马达功率检测器被加到图26的洗衣机驱动装置中。图27的子程序通过将马达功率检测过程加到图7的载波信号中断子程序中而形成，它相应于图15中的马达驱动装置的子程序。从步骤S300到步骤S308的步骤与图7中的步骤S300到步骤S308一样，因此这里省略了对它们的描述。
现在，描述由增加的马达功率检测器执行马达功率检测进程的流程。在步骤S308完成调用Vd，Vq后，在步骤S3081计算马达电功率P来提供在与磁通量相应的功率(IdXVd)和与转矩相应的功率(IqXVq)之间的差额。然后在步骤S3082，比较较大/较小的马达电功率P和给定值Pmin；如果马达电功率P大于给定值Pmin，则进行到步骤S3083使得d轴电流给定值Ids增加ΔId。
因为d轴电流给定值Ids的初始值是一负值，在正方向上的增加与将d轴电流变成零是一样的，这在相对意义上意味着减少由马达线圈消耗的功率。尽管在流程图中没有示出，d轴电流值Ids在制动时是在负方向上被给定的。
如果马达电功率P小于给定值Pmin，则进行到步骤S3084，使得d轴电流给定值Ids降低ΔId。在这种情况下，d轴电流在负方向增加使得线圈消耗功率增加。这是因为降低的马达电功率P意味着增加马达的功率产生能量，这导致在直流电源端产生的再生功率有增加的可能性。
然后进行到步骤S309’，执行与如图7中同样的流程。d轴电流给定值Ids在载波信号中断子程序中获得，将该数据传送到图21的转速控制子程序中；因此，d轴电压Vd被控制，d轴功率被控制和且电压矢量Vm的转数被控制。
如上所述，根据第三实施例的洗衣机马达驱动装置的例子进一步包括一马达电功率检测器，用基本上控制为固定的制动转矩，通过分别检测马达电功率并控制d轴电流和q轴电流，可控制马达线圈的消耗功率。因此，能实现对马达线圈消耗的整个马达反电动势控制。因此，可以防止逆变器电路的DC电源侧的再生能量的升高，可以避免逆变器电路3中的异常电压的升高，且制动转矩总是在最高水平得到维持。因此它有助于洗衣机实现一高度可靠的制动装置。
如前所述，在本实用新型的洗衣机马达驱动控制装置中，置于马达驱动装置中的控制装置将马达电流分解为与磁通量相应的电流分量和与转矩相应应的电流分量，并根据马达的控制阶段独立控制与磁通量相应应的电流分量和与转矩相应的电流分量。因此，可以改变马达的转矩—转速特性，并能进行恒定转矩的控制，在高速运转时增加转矩，或在低速运转时提高效率。这可导致马达的小型化和马达的能量节约。因为根据马达转速，分别控制与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量，转矩-转速特性被改变。因为在马达高速运转下控制与磁通量相应的电流分量在负方向增加，所以能在高速运转下增加马达的转矩并实现精确的磁通量减弱控制。因为在低速运转下控制与磁通量相应的电流分量实际上为零，所以能在低速操作下以最大效率驱动马达，其中效率本身很低。因为在马达高速运转下控制与磁通量相应应的电流分量在负方向增加，用以旋转洗衣/旋转桶进行脱水操作，所以能通过磁通量减弱控制在高速运转下增加马达的转矩。因此在脱水操作中可实现达到马达高速的控制。因而，转速可随增加的脱水率而增加。在洗衣操作中，当马达高速运转以驱动搅动器时，因为控制与磁通量相应的电流分量在负方向上增加，所以能通过磁通量减弱控制在高速马达运转下增加转矩。因此在搅动器驱动中可实现达到高速运转的控制，且洗衣容量随强大的水力而提高。更进一步，因为根据通过衣服量检测器检测的衣服的数量，可独立控制与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量，所以能通过根据衣服的量实现磁通量减弱控制而在高速运转下增加转矩，并且甚至在有许多衣服的情况下，可扩展控制达到高速运转。因此，可提高洗衣容量，且也可以提高脱水率。
置于马达驱动装置的控制装置包括一在启动阶段控制马达转速的启动控制装置。在启动阶段，对施加到马达上的电压进行直接控制，然后独立控制与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量。这使得易于提供一保持很低的启动电流来抑制启动转矩的软启动，然后平滑地转变到阻止转速引起的异常影响的电流反馈控制。除了使平滑地转变到电流反馈控制并阻止转速引起的异常影响外，可独立控制对与磁通量相应的电流分量和转矩相应的电流分量使得能在电流检测器中使用便宜的AC变压器。因此，它有助于实现便宜且高质量的马达驱动装置。
置于洗衣机马达驱动装置的控制装置将马达电流分解为与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量，且在制动控制操作中独立控制与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量。因此，制动转矩通过在矢量控制中控制与转矩相应的电流分量可以达到最大；可通过在与磁通量相应的电流分量的控制使再生能量在控制中而避免在逆变器电路中DC电压的异常升高。因为置于马达驱动装置的控制装置在马达制动操作中控制与转矩相应的电流分量以满足一特定的值，制动转矩可通过在负方向上给定转矩电流分量而被控制在某一特定值。因此制动时间可以更短。因为控制与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量以满足各自的某一特定值，所以可独立控制马达的反电动势和马达内阻消耗的能量。因此再生能量在控制之中，可以避免逆变器电路中DC电压的异常升高；再者，可根据转速分别控制制动转矩和马达内阻消耗的能量。因此，可以阻止在高速转动区再生能量的增加和在低速转动区制动转矩的减少。进一步，因为置于马达驱动装置中的控制装置在制动操作的开始给定与磁通量相应的电流分量大于与转矩相应的电流分量，所以可以避免在制动操作开始有过大的制动转矩和由于再生能量在逆变器电路中DC电压的异常升高。
权利要求1.一种洗衣机马达驱动装置，其特征在于包括一交变电流源，一与所述交变电流源连接的整流电路，一将所述整流电路的DC电源转换为AC电源的逆变器电路，一由驱动搅动器或者洗衣/旋转桶的所述逆变器电路驱动的马达，检测所述马达转子位置的转子位置检测器，检测所述马达电流的电流检测器，和控制所述逆变器电路的控制装置；所述控制装置可将所述马达电流分解为与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量，且根据所述马达的控制阶段独立控制与磁通量相应的所述电流分量和与转矩相应的所述电流分量。
2.根据权利要求1中的洗衣机马达驱动装置，其特征在于控制装置根据马达的转速独立控制与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量。
3.根据权利要求1中的洗衣机马达驱动装置，其特征在于当马达转速高时，控制装置控制与磁通量相应的电流分量以便使其在负方向上增加。
4.根据权利要求1中的洗衣机马达驱动装置，其特征在于当马达转速低时，控制装置控制与磁通量相应的电流分量以便使其基本上变为零。
5.根据权利要求1中的洗衣机马达驱动装置，其特征在于当在脱水操作中驱动洗衣/旋转桶的马达转速高时，控制装置控制与磁通量相应的电流分量从而使其在负方向上增加。
6.根据权利要求1中的洗衣机马达驱动装置，其特征在于当在洗衣操作中驱动搅动器的马达转速高时，控制装置控制与磁通量相应的电流分量以便使其在负方向上增加。
7.根据权利要求1中的洗衣机马达驱动装置，其特征在于进一步包括衣服量检测器，用于检测在洗衣/旋转桶中的衣服量，其中控制装置根据所述衣服量检测器检测到的衣服量独立控制与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量。
8.根据权利要求1中的洗衣机马达驱动装置，其特征在于进一步包括启动控制装置，用于在控制装置中的旋转开始时控制马达的旋转，控制装置通过所述启动控制装置在旋转启动时对施加到马达上的电压进行直接控制，然后独立控制与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量。
9.根据权利要求1中的洗衣机马达驱动装置，其特征在于进一步包括启动控制装置，用于在控制装置中的旋转开始时控制马达的旋转，其中控制装置通过所述启动控制装置在旋转启动时对施加到马达上的电压进行直接控制，然后根据转速独立控制与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量。
10.根据权利要求1中的洗衣机马达驱动装置，其特征在于在马达制动操作中，控制装置独立控制与磁通量相应的所述电流分量和与转矩相应的所述电流分量。
11.权利要求10中的洗衣机马达驱动装置，其特征在于在马达制动操作中，控制装置控制与转矩相应的电流分量以使其满足一给定值。
12.根据权利要求10中的洗衣机马达驱动装置，其特征在于在马达制动操作中，控制装置控制与转矩相应的电流分量以便在负方向上给定一值。
13.根据权利要求10中的洗衣机马达驱动装置，其特征在于在马达制动操作中，控制装置独立控制与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量以使它们满足各自的给定值。
14.根据权利要求10中的洗衣机马达驱动装置，其特征在于在马达制动操作开始时，控制装置控制与磁通量相应的电流分量以便使其大于与转矩相应的电流分量。
15.根据权利要求10中的洗衣机马达驱动装置，其特征在于进一步包括转速检测器，用于从转子位置检测器的输出信号中检测转速，而且控制装置根据转速独立控制与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量，以便在马达制动操作时使它们满足各自的给定值。
16.一种洗衣机马达驱动装置，其特征在于包括一交变电流源，一与所述交变电流源连接的整流电路，一将所述整流电路的DC电源转换为AC电源的逆变器电路，一由驱动搅动器或者洗衣/旋转桶的所述逆变器电路驱动的马达，检测所述马达转子位置的转子位置检测器，检测所述马达电流的电流检测器，检测所述逆变器电路的DC电压的DC电压检测器，和控制所述逆变器电路的控制装置；其中所述控制装置可将所述马达电流分解为与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量，并独立控制与磁通量相应的所述电流分量和与转矩相应的所述电流分量，以便在所述马达制动操作中，使所述DC电压满足一给定值。
17.根据权利要求16中的洗衣机马达驱动装置，其特征在于控制装置控制与磁通量相应的电流分量，或电压分量，以便在马达制动操作中，使逆变器电路的DC电压满足一给定值。
18.一种洗衣机马达驱动装置，其特征在于包括一交变电流源，一与所述交变电流源连接的整流电路，一将所述整流电路的DC电源转换为AC电源的逆变器电路，一由驱动搅动器或者洗衣/旋转桶的所述逆变器电路驱动的马达，检测所述马达的转子位置的转子位置检测器，检测所述马达电流的电流检测器，检测所述马达电功率的马达电功率检测器，和控制所述逆变器电路的控制装置；其中所述控制装置可将所述马达电流分解为与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量，并且在所述马达制动操作中根据所述马达的电功率独立控制与磁通量相应的所述电流分量和与转矩相应的所述电流分量。
19.根据权利要求18中的洗衣机马达驱动装置，其特征在于马达电功率检测器包括根据与磁通量相应的功率分量和与转矩相应的功率分量进行计算的装置以用于实现控制。
专利摘要一种逆变器电路驱动马达的洗衣机马达驱动装置，通过改变马达的转矩一转速特性而实现恒定转矩控制。它易于控制制动转矩(负转矩)，提供最大制动转矩。同样也提供易于控制的再生能量并由马达内阻消耗反电动势。实际上连接到交变电流源的整流电路的DC电源通过逆变器电路转换为AC电源，驱动马达操作搅动器或洗衣/旋转桶，转子位置检测器检测马达转子位置，电流检测器检测马达电流，控制装置控制逆变器电路，将马达电流分解为与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量。在马达制动操作中分别控制与磁通量相应的电流分量和与转矩相应的电流分量。在高速下增加转矩或在低速下提高效率，使马达小型化并节能，阻止逆变器电路DC电压的异常升高。
文档编号D06F39/00GK2579079SQ02241600
公开日2003年10月8日 申请日期2002年7月19日 优先权日2001年7月19日
发明者木内光幸, 近藤典正, 玉江贞之, 萩原久 申请人:松下电器产业株式会社