用于洗衣机的开关磁阻电机直驱系统、方法及洗衣机与流程

本申请涉及家用电器领域，具体而言涉及一种用于洗衣机的开关磁阻电机直驱系统和方法。

背景技术：

1、常见的滚筒洗衣机电机主要有单相异步电机、无刷电机、串励电机和开关磁阻电机。单相异步电机结构简单，使用寿命长，成本低，但不能改变电机转速，调速范围窄。无刷电机结构简单，可靠性好，调速范围宽，但控制装置复杂成本高，转矩脉动也较大。串励电机起动转矩大，调速方便，效率高，但结构复杂，运行时噪声严重，可靠性低。新能效标准下，节能环保的智能洗衣机收到越来越多消费者的青睐，高效节能的电机及其控制系统是实现节能降噪的关键。开关磁阻电机因其是双凸极结构，结构简单、制造成本低，功率变换器简单可靠。转子上无绕组和永磁体，可应用于高温、高速等环境恶劣的场合。因此广泛应用于航空航天、家用电器、运输等行业。开关磁阻电机必须结合控制算法才能正常使用，因此其可控参数多，调速范围好，可运用于较宽的转速和功率范围。开关磁组电机转矩密度较高，可无需减速器而直驱负载，并且开关磁组电机适用于频繁起停和正反转的工况，在有外负载时起动性能好。此外，其效率较高可大大减小耗电量。在滚筒洗衣机这种要求频繁正反转、转速范围大且不同转速下的扭矩要求不同，使用开关磁阻电机直驱系统代替现有的一些电机驱动系统将会有很大的应用前景。洗衣机在洗涤状态时直驱电机处于低速状态，且频繁正反转；洗衣机在脱水状态时直驱电机处于高速运转状态。对于开关磁阻电机，低速大转矩和高速是难以兼顾的。低速大转矩要求电机具有更多的绕组匝数，而当绕组匝数较多时，绕组的反电动势较大，会影响电机的提速。

2、因此需要进行改进，以解决上述问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本申请提供了一种用于洗衣机的开关磁阻电机直驱系统，包括：开关磁阻电机，开关磁阻电机为外转子电机，转子在外，定子在内，开关磁阻电机包括至少3个相绕组，每个相绕组包括4*n个子绕组和用于改变4*n个子绕组连接方式的第一开关组件；位置传感器，位置传感器与开关磁阻电机连接，位置传感器用于采集开关磁阻电机的位置信号；控制装置，用于：获取预设时间内位置传感器输出的开关磁阻电机的位置信号；基于位置信号确定开关磁阻电机在预设时间内的转速；并基于转速所处的阈值范围，输出相应的控制信号；驱动器，用于：对所述控制装置输出的所述控制信号进行功率放大，并基于控制信号驱动第一开关组件的通断，以改变4*n个子绕组的连接方式。

2、可选地，转速阈值范围包括第一转速阈值范围、第二转速阈值范围和第三转速阈值范围，第一转速阈值范围的转速低于第二转速阈值范围的转速，第二转速阈值范围的转速低于第三转速阈值范围的转速，当开关磁阻电机的转速处于第一转速阈值范围时，控制信号用于指示相绕组内的子绕组以第一方式连接，当开关磁阻电机的转速处于第二转速阈值范围时，控制信号用于指示相绕组内的子绕组以第二方式连接，当开关磁阻电机的转速处于第三转速阈值范围时，控制信号用于指示相绕组内的子绕组以第三方式连接，其中，当相绕组的子绕组以第一方式连接时，各个子绕组两端的电压为第一电压，当相绕组的子绕组以第二方式连接时，各个子绕组两端的电压为第二电压，当相绕组的子绕组以第三方式连接时，各个子绕组两端的电压为第三电压，其中，第一电压小于第二电压，第二电压小于第三电压。

3、可选地，当相绕组的子绕组以第一方式连接时，各个子绕组彼此串联连接到母线电压；

4、当相绕组的子绕组以第二方式连接时，4*n个子绕组分为第一组和第二组，其中，第一组的子绕组串联连接，第二组的子绕组串联连接，而第一组和第二组并联连接到母线电压；

5、当相绕组的子绕组以第三方式连接时，4*n个子绕组分为第三组、第四组、第五组和第六组，每个组中包括两个串联的子绕组，且第三组、第四组、第五组和第六组并联连接到母线电压。

6、可选地，每个相绕组包括4*n个子绕组，4*n个子绕组包括第一组子绕组、第二组子绕组、第三组子绕组、第四组子绕组，其中，每组子绕组包括两个相邻且首尾相连的子绕组。

7、可选地，第一开关组件包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关、第八开关、第九开关。

8、可选地，第一组子绕组的第一端与母线电压正极连接，第一组子绕组的第二端通过第七开关与母线电压负极相连，第二组子绕组的第一端通过第一开关与母线电压正极连接，第二组子绕组的第二端通过第八开关与母线电压负极相连，第三组子绕组的第一端通过第二开关与母线电压正极连接，第三组子绕组的第二端通过第九开关与母线电压负极相连，第四组子绕组的第一端通过第三开关与母线电压正极连接，第四组子绕组的第二端与母线电压负极相连；第一组子绕组的第二端通过第四开关连接第二组子绕组的第一端，第二组子绕组的第二端通过第五开关连接第三组子绕组的第一端，第三组子绕组的第二端通过第五开关连接第四组子绕组的第一端。

9、可选地，位置传感器由3个光电开关构成，3个光电开关呈扇形排列，间隔角度30°，所述位置传感器与所述开关磁阻电机的转子中心轴相连。

10、可选地，还包括第二开关组件和功率变换器，第二开关组件用于控制各个相绕组的电压，功率变换器用于：获取控制输出的用于调节第二开关组件通断的驱动信号，并基于驱动信号控制第二开关组件通断，以使相绕组处于以下状态中的一种：励磁状态、续流状态和退磁状态。

11、可选地，第一开关组件包括继电器或mosfet管。

12、可选地，第二开关组件包括igbt。

13、本申请还提供了一种洗衣机，包括：机身；和滚筒，滚筒设于机身的内部；和如上述任一项的用于洗衣机的开关磁阻电机直驱系统，用于洗衣机的开关磁阻电机直驱系统设于机身的内部，所述开关磁阻电机直驱系统的开关磁阻电机的转子未经减速器或离合器而直接与滚筒相连，驱动滚动转动。

14、本申请还提供了一种用于洗衣机的开关磁阻电机驱动方法，包括：

15、获取预设时间内位置传感器输出的开关磁阻电机的位置信号；

16、基于位置信号确定开关磁阻电机在预设时间内的转速；

17、基于转速所处的阈值范围，输出相应的控制信号；

18、基于控制信号驱动第一开关组件的通断，以改变开关磁阻电机的多个子绕组的连接方式。本发明提出一种外转子型用于洗衣机的开关磁阻电机驱动系统及方法，能够根据实时转速自动改变定子绕组的连接方式，进而实现可变拓扑，扩大电机的转速范围。

技术特征：

1.一种用于洗衣机的开关磁阻电机直驱系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的用于洗衣机的开关磁阻电机直驱系统，其特征在于，所述转速阈值范围包括第一转速阈值范围、第二转速阈值范围和第三转速阈值范围，所述第一转速阈值范围的转速低于所述第二转速阈值范围的转速，所述第二转速阈值范围的转速低于所述第三转速阈值范围的转速，当所述开关磁阻电机的转速处于所述第一转速阈值范围时，所述控制信号用于指示所述相绕组内的子绕组以第一方式连接，当所述开关磁阻电机的转速处于所述第二转速阈值范围时，所述控制信号用于指示所述相绕组内的子绕组以第二方式连接，当所述开关磁阻电机的转速处于所述第三转速阈值范围时，所述控制信号用于指示所述相绕组内的子绕组以第三方式连接，其中，当所述相绕组的子绕组以第一方式连接时，各个所述子绕组两端的电压为第一电压，当所述相绕组的子绕组以第二方式连接时，各个所述子绕组两端的电压为第二电压，当所述相绕组的子绕组以第三方式连接时，各个所述子绕组两端的电压为第三电压，其中，所述第一电压小于所述第二电压，所述第二电压小于所述第三电压。

3.如权利要求2所述的用于洗衣机的开关磁阻电机直驱系统，其特征在于，当所述相绕组的子绕组以第一方式连接时，各个子绕组彼此串联连接到母线电压；

4.如权利要求1所述的用于洗衣机的开关磁阻电机直驱系统，其特征在于，每个所述相绕组包括4*n个子绕组，所述4*n个子绕组包括第一组子绕组、第二组子绕组、第三组子绕组、第四组子绕组，其中，每组子绕组包括两个相邻且首尾相连的子绕组。

5.如权利要求4所述的用于洗衣机的开关磁阻电机直驱系统，其特征在于，所述第一开关组件包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关、第八开关、第九开关。

6.如权利要求5所述的用于洗衣机的开关磁阻电机直驱系统，其特征在于，所述第一组子绕组的第一端与母线电压正极连接，所述第一组子绕组的第二端通过所述第七开关与母线电压负极相连，所述第二组子绕组的第一端通过所述第一开关与母线电压正极连接，所述第二组子绕组的第二端通过所述第八开关与母线电压负极相连，所述第三组子绕组的第一端通过所述第二开关与母线电压正极连接，所述第三组子绕组的第二端通过所述第九开关与母线电压负极相连，所述第四组子绕组的第一端通过所述第三开关与母线电压正极连接，所述第四组子绕组的第二端与母线电压负极相连；所述第一组子绕组的第二端通过所述第四开关连接所述第二组子绕组的第一端，所述第二组子绕组的第二端通过所述第五开关连接所述第三组子绕组的第一端，所述第三组子绕组的第二端通过所述第五开关连接所述第四组子绕组的第一端。

7.如权利要求1所述的用于洗衣机的开关磁阻电机直驱系统，其特征在于，所述位置传感器由3个光电开关构成，3个光电开关呈扇形排列，间隔角度30°，所述位置传感器与所述开关磁阻电机的转子中心轴相连。

8.如权利要求1所述的用于洗衣机的开关磁阻电机直驱系统，其特征在于，还包括第二开关组件和功率变换器，所述第二开关组件用于控制各个所述相绕组的电压，所述功率变换器用于：获取控制装置输出的用于调节所述第二开关组件通断的驱动信号，并基于所述驱动信号控制所述第二开关组件通断，以使所述相绕组处于以下状态中的一种：励磁状态、续流状态和退磁状态。

9.如权利要求8所述的用于洗衣机的开关磁阻电机直驱系统，其特征在于，所述第二开关组件包括igbt。

10.如权利要求1所述的用于洗衣机的开关磁阻电机直驱系统，其特征在于，所述开关磁阻电机是三相外转子24/16型开关磁阻电机。

11.如权利要求1所述的用于洗衣机的开关磁阻电机直驱系统，其特征在于，所述第一开关组件包括继电器或mosfet管。

12.一种洗衣机，其特征在于，包括：机身；和滚筒，所述滚筒设于所述机身的内部；和如权利要求1至11任一项所述的用于洗衣机的开关磁阻电机直驱系统，所述用于洗衣机的开关磁阻电机驱动系统设于所述机身的内部，所述开关磁阻电机直驱系统的开关磁阻电机的转子未经减速器或离合器而直接与滚筒相连，驱动所述滚筒转动。

13.一种用于洗衣机的开关磁阻电机直驱方法，其特征在于，包括：

技术总结
本申请公开了一种用于洗衣机的开关磁阻电机直驱系统、方法及洗衣机，直驱系统包括：开关磁阻电机，其包括至少三个相绕组，每个相绕组包括4*N个子绕组和用于改变子绕组连接方式的第一开关组件；位置传感器，其与开关磁阻电机的转子连接，用于采集开关磁阻电机的位置信号；控制装置用于：获取预设时间内位置传感器输出的开关磁阻电机的位置信号；基于位置信号确定开关磁阻电机在预设时间内的转速；基于转速所处的阈值范围输出相应的控制信号；驱动器用于：对控制装置输出的控制信号进行功率放大，并基于控制信号驱动第一开关组件的通断，以改变多个子绕组的连接方式。本申请可以根据实时转速自动改变绕组的连接方式，扩大了开关磁阻电机的转速范围。

技术研发人员：姜政,李炳初,于昊龙
受保护的技术使用者：北京优驱科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11