一种应用于滚筒洗衣机的无刷直流电机优化方法与流程

1.本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种应用于滚筒洗衣机的无刷直流电机优化方法。


背景技术：

2.有资料显示，目前在全自动滚筒洗衣机上使用的直流无刷电机主要为两种，一种是由外电机转子直流无刷电机直接驱动洗衣机滚筒进行洗涤、脱水的，另一种是由内电机转子直流无刷电机通过皮带与不同直径的皮带轮进行减速后驱动洗衣机滚筒进行洗涤、脱水的。通过皮带和皮带轮进行减速的内电机转子直流无刷电机的使用时，并不需要对滚筒洗衣机的动平衡进行重新设计，直接在现有的滚筒洗衣机上进行安装就行，但是这种内电机转子直流无刷电机由于其输出扭矩小需通过大减速比方能满足洗衣机的扭矩需求，以致在脱水时电机需达到上万转方能满足脱水转速的要求。电机的高速运需转带来的不良后果则是震动和噪声。其与洗衣机的高效率、高洗净、低噪声相违背，驱动装置结构较为复杂，且性价比功能要求已渐渐不能满足家用洗衣机的需求。
3.中国专利文献cn104201946a公开了一种“基于fpga的无刷直流电动机模糊pi控制器”。滤波模块对霍尔位置信号进行滤波后传递给转速计算模块；转速计算模块实时计算获得电机转速反馈信号，转速模糊pi调节模块计算获得电流调节给定信号；电流pi调节模块采用传统pi算法对电动机的电流进行调制，获得pwm调制信号，并传递给pwm调制及换相模块；pwm调制及换相模块将换相信号和pwm调制信号传递给功率及驱动模块，实现对无刷直流电动机的驱动。上述技术方案仅针对pi调节模块进行调整，优化效果有限。


技术实现要素：

4.本发明主要解决原有的仅针对pi调节模块进行调整，优化效果有限的技术问题，提供一种应用于滚筒洗衣机的无刷直流电机优化方法，通过设置低噪无刷直流电机电流的载波频率变化范围实现对谐波的控制，采用直流无刷无霍尔矢量驱动控制技术，通过峰值电流检测单元采集无刷无霍尔传感器直流电机静止时的通电电流值，反电动势检测单元进行滤波补偿，mcu控制芯片控制电机换相，解决了整机系统在高转速下的引起的高频振动和噪声，并且通过使最小载波频率在载波频率变化范围内周期性变化，抑制电磁干扰，通过对谐波、滤波、电流波形的控制实现电机优化。
5.本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括以下步骤：
6.s1设置低噪无刷直流电机电流的载波频率变化范围抑制谐波；
7.s2采集信号并对电机三相端电压信号进行相应滤波补偿；
8.s3设计增加脉冲宽度调制控制软开关进行电机降噪；
9.s4通过对谐波、滤波、电流波形的控制实现电机优化。
10.通过设置低噪无刷直流电机电流的载波频率变化范围实现对谐波的控制，采用直
流无刷无霍尔矢量驱动控制技术，通过峰值电流检测单元采集无刷无霍尔传感器直流电机静止时的通电电流值，反电动势检测单元进行滤波补偿，mcu控制芯片控制电机换相，解决了整机系统在高转速下的引起的高频振动和噪声，并且通过使最小载波频率在载波频率变化范围内周期性变化，抑制电磁干扰。
11.作为优选，所述的步骤s1具体包括，
12.s1.1设置低噪无刷直流电机电流的载波频率变化范围；
13.s1.2获取电机电流的基波频率，并计算得到最小载波频率；
14.s1.3控制最小载波频率在载波频率变化范围内周期性变化；
15.s1.4将电机的谐波扩展到更宽的频带范围内，降低各频带内的谐波幅值。
16.由于低噪无刷直流电机运行过程中的谐波的产生会产生一定的噪音，而谐波的产生与载波有较大的关系。
17.作为优选，所述的步骤s1.3载波频率的逐步增加，能够有效的控制谐波均匀的分布在各个载波频率区域内，借助最小载波频率在载波频率变化范围内周期性变化，使电机的谐波扩展到更宽的频带范围内，降低各频带内的谐波幅值，抑制电磁干扰。此方法实现低噪直流无刷电机加速初期速度快，终期加速偏缓的目的，具有良好的瞬态和稳态性能、响应快、超调量小、进入稳态时间少等特点，同时可以有效抑制谐波，降低噪声。
18.作为优选，所述的步骤s2具体包括：
19.s2.1驱动单元输出驱动波形信号给电机
20.s2.2峰值电流检测单元采集无刷无霍尔传感器直流电机静止时的通电电流值并转化成电压信号；
21.s2.3 mcu控制芯片根据电压信号判断电机转子位置；
22.s2.4反电动势检测单元对电机三相端电压信号进行滤波补偿；
23.s2.5 mcu控制芯片根据经过滤波补偿的三相端电压信号控制电机换相。
24.通过峰值电流检测单元判断得到正确的电子转子位置信号，以及通过反电动势检测单元对电机三相端电压信号进行滤波补偿，使得mcu控制芯片根据经过滤波补偿的三相端电压信号更好地控制电机换相。
25.作为优选，所述的步骤s2当电机静止时反电动势为零或转速低时电动势很小，通过反电动势过零点检测来得到正确的位置信号，解决电机失步及起动失败的问题。采用直流无刷无霍尔矢量驱动控制技术，结合电机驱动装置结构，解决了整机系统在高转速下的引起的高频振动和噪声db大小，有效降低直流无刷电机的电磁干扰对变频驱动系统和变频洗衣机整机的影响，实现了电机迅速启动及平稳工作，而且成本低，性价比高、节能环保。
26.作为优选，所述的步骤s3具体包括：
27.s3.1磁感应霍尔电压发生器感应到电机磁场电压后，由斩波放大器放大后传递给比较器，
28.s3.2斩波放大器监测电机实时转速，并动态消除偏移和闪烁噪声；
29.s3.3由比较器提供开关滞后的噪声抑制，并把信号传递到逻辑控制器，降低启动时开关振动噪音。
30.无刷直流电机在换向时，电流波形是为直线上升再下落，因而会产生一定的电流音从而形成噪音污染，并且在启动过程中，由于开关振动而产生的噪音同样会造成噪音污
染和影响电机运转的稳定性。通过设计增加脉冲宽度调制控制软开关，来降低开关振动和换向时的电流音，从而达到电机降噪功能。
31.作为优选，所述的电机换向时，由脉冲宽度调制控制器控制和改变电机速度，避免出现电流波形为直线上升再下落的状态，从而避免导致的电流音噪声问题。同时电机转子上的永磁体与电机定子上的铁芯采用间隙配合，电机转子与电机定子之间不直接接触，降低了电机噪音，也减小了摩擦损失。此驱动装置结构简单，体积小，生产成本低，并能有效地解决无刷直流电机换向和启动时的噪音问题。
32.本发明的有益效果是：通过设置低噪无刷直流电机电流的载波频率变化范围实现对谐波的控制，采用直流无刷无霍尔矢量驱动控制技术，通过峰值电流检测单元采集无刷无霍尔传感器直流电机静止时的通电电流值，反电动势检测单元进行滤波补偿，mcu控制芯片控制电机换相，解决了整机系统在高转速下的引起的高频振动和噪声，并且通过使最小载波频率在载波频率变化范围内周期性变化，抑制电磁干扰。
附图说明
33.图1是本发明的一种流程图。
34.图2是本发明的一种无刷无霍尔传感器直流电机控制电路的结构示意图。
35.图3是本发明的一种抑制电机电流谐波的控制方法流程图。
具体实施方式
36.下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
37.实施例：本实施例的一种应用于滚筒洗衣机的无刷直流电机优化方法，如图1所示，包括以下步骤：
38.s1设置低噪无刷直流电机电流的载波频率变化范围抑制谐波。
39.如图3所示，通过设置低噪无刷直流电机电流的载波频率变化范围，获取电机电流的基波频率，并计算得到最小载波频率，将最小载波频率按时间间隔逐步增大，由于载波频率的逐步增加，可以有效的控制谐波均匀的分布在各个载波频率区域内，由于低噪无刷直流电机运行过程中的谐波的产生会产生一定的噪音，而谐波的产生与载波有较大的关系。通过使最小载波频率在载波频率变化范围内周期性变化，使得电机的谐波扩展到更宽的频带范围内，降低各频带内的谐波幅值，从而达到抑制电磁干扰的目的，改善了电机的震动及噪音。此方法实现低噪直流无刷电机加速初期速度快，终期加速偏缓的目的，具有良好的瞬态和稳态性能、响应快、超调量小、进入稳态时间少等特点，同时可以有效抑制谐波，降低噪声。
40.s2采集信号并对电机三相端电压信号进行相应滤波补偿。
41.如图2所示，通过驱动单元输出驱动波形信号给电机，经峰值电流检测单元及反电动势检测单元处理，峰值电流检测单元用于采集无刷无霍尔传感器直流电机静止时的通电电流值并转化成电压信号，mcu控制芯片根据电压信号判断电机转子位置，以启动无刷直流电机。反电动势检测单元用于对电机三相端电压信号进行滤波补偿，mcu控制芯片根据经过滤波补偿的三相端电压信号控制电机换相。
42.通过峰值电流检测单元判断得到正确的电子转子位置信号，以及通过反电动势检
测单元对电机三相端电压信号进行滤波补偿，使得mcu控制芯片根据经过滤波补偿的三相端电压信号更好地控制电机换相，且当电机静止或转速较低时反电动势(bemf)为零或很小，也可以通过反电动势过零点检测来得到正确的位置信号，解决电机失步及起动失败的问题。
43.s3设计增加脉冲宽度调制控制软开关进行电机降噪。
44.无刷直流电机在换向时，电流波形是为直线上升再下落，因而会产生一定的电流音从而形成噪音污染，并且在启动过程中，由于开关振动而产生的噪音同样会造成噪音污染和影响电机运转的稳定性。
45.通过设计增加脉冲宽度调制控制软开关，来降低开关振动和换向时的电流音，从而达到电机降噪功能。其原理为电机中的磁感应霍尔电压发生器感应到电机磁场电压后，由斩波放大器放大后传递给比较器，斩波放大器具有很高的灵敏度，监测电机实时转速，可实现动态消除偏移和闪烁噪声，由比较器提供开关滞后的噪声抑制，并把信号传递到逻辑控制器，降低了启动时开关振动噪音；电机换向时，由脉冲宽度调制控制器控制和改变电机速度，避免出现电流波形是为直线上升再下落而导致的电流音噪声问题。
46.同时电机转子上的永磁体与电机定子上的铁芯采用间隙配合，电机转子与电机定子之间不直接接触，降低了电机噪音，也减小了摩擦损失。此驱动装置结构简单，体积小，生产成本低，并能有效地解决无刷直流电机换向和启动时的噪音问题。
47.采用直流无刷无霍尔矢量驱动控制技术，结合电机驱动装置结构，解决了整机系统在高转速下的引起的高频振动和噪声db大小，有效降低直流无刷电机的电磁干扰对变频驱动系统和变频洗衣机整机的影响，实现了电机迅速启动及平稳工作，而且成本低，性价比高、节能环保。
48.s4通过对谐波、滤波、电流波形的控制实现电机优化。通过对谐波的抑制，使直流无刷电机加速初期速度快，终期加速偏缓，降低噪声。通过反电动势检测单元用于对电机三相端电压信号进行滤波补偿，降低高频振动和噪声。通过设计增加脉冲宽度调制控制软开关，来降低开关振动和换向时的电流音，从而达到电机降噪功能。