專利名稱：變頻驅(qū)動(dòng)的洗衣機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變頻驅(qū)動(dòng)的洗衣機(jī)。
在洗衣機(jī)中，來(lái)自電網(wǎng)的電源被轉(zhuǎn)換成變頻電源，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。變頻驅(qū)動(dòng)是品質(zhì)較佳的電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法。為提高性能，近年來(lái)，洗衣機(jī)由以往固定頻率驅(qū)動(dòng)單相電動(dòng)機(jī)發(fā)展至變頻驅(qū)動(dòng)三相電動(dòng)機(jī)。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?8104171，公開(kāi)號(hào)CN1191909A，申請(qǐng)人三星電子株式會(huì)社，對(duì)洗衣機(jī)提出建立單相的變頻電源驅(qū)動(dòng)以往的單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)。該方法比較簡(jiǎn)單，但由于單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的相電路狀態(tài)不能保持對(duì)稱，且會(huì)因電源頻率產(chǎn)生不良的偏移，削弱電動(dòng)機(jī)的調(diào)速品質(zhì)，特別是不利于提高效率和降低電磁振動(dòng)噪聲，至今未見(jiàn)在實(shí)際產(chǎn)品中使用。對(duì)稱多相電動(dòng)機(jī)的優(yōu)良性能是眾所周知的。特別是歷史悠久的三相電動(dòng)機(jī)和近年發(fā)展起來(lái)的三相電子變頻電源已有成熟技術(shù)，在工業(yè)設(shè)備上廣泛使用。于是，洗衣機(jī)產(chǎn)品上出現(xiàn)階段三相變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。其最新情況可見(jiàn)發(fā)表于《家用電器科技》2000年第9期“變頻技術(shù)”專欄的《波輪洗衣機(jī)變頻控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用》和《節(jié)能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)-DSP微控制器》等文章，其特點(diǎn)有1、在該洗衣機(jī)中，來(lái)自電網(wǎng)的電源被轉(zhuǎn)換成變頻的三相電源，通常為對(duì)稱三相電源。
2、洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)為三相電動(dòng)機(jī)，包括感應(yīng)電動(dòng)機(jī)或永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)。
3、逆變電路為橋式6單元。
作為工業(yè)設(shè)備上廣泛使用的典型的變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，用于功率相對(duì)小得多的洗衣機(jī)，即有以下方面值得改進(jìn)
1、逆變電路的單元數(shù)偏多，是影響成本的主要因素。
2、對(duì)于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，三相電動(dòng)機(jī)相對(duì)以往的單相電動(dòng)機(jī)，定于需多一相的槽數(shù)，開(kāi)槽顯得偏多；繞組多一個(gè)相平面，嵌線變復(fù)雜；以往用于制造洗衣機(jī)的電動(dòng)機(jī)的兩相式自動(dòng)嵌線設(shè)備不能使用，影響成本。永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)則是適應(yīng)變頻驅(qū)動(dòng)引入的新型電動(dòng)機(jī)，結(jié)構(gòu)和工藝均比感應(yīng)電動(dòng)機(jī)復(fù)雜，成本也高。
3、在橋式逆變電路中，每一橋臂的上下二個(gè)單元串聯(lián)跨接于直流電源，當(dāng)偶發(fā)干擾或誤觸發(fā)以至同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，即在二個(gè)單元的低阻抗回路形成大電流的直通短路，以至燒毀元件，是系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。通常需對(duì)此選用比較優(yōu)秀的單元元件，或設(shè)置較復(fù)雜的保護(hù)電路，以至使用價(jià)格較高的智能功率模塊(IPM)等，對(duì)于洗衣機(jī)，明顯影響成本。
本發(fā)明的任務(wù)是，針對(duì)洗衣機(jī)功率小的特點(diǎn)，提出一個(gè)與現(xiàn)有技術(shù)比較，既具有對(duì)稱多相電動(dòng)機(jī)的優(yōu)良性能，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化和成本降低的變頻驅(qū)勸系統(tǒng)。包括1、減少變頻電路的單元數(shù)；2、可以使用以往的單相電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)；3、可以消除逆變電路跨接于直流電源的短路低阻抗。
一種變頻驅(qū)動(dòng)的洗衣機(jī)，在該洗衣機(jī)中，來(lái)自電網(wǎng)的電源被轉(zhuǎn)換成變頻電源，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，其特征在于所轉(zhuǎn)換成的變頻電源為時(shí)滯等于1/4周期的對(duì)稱兩相電源，所驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)為空間相差π/2電角度的兩相對(duì)稱繞組電動(dòng)機(jī)。所述的變頻電源是經(jīng)整流濾波電路和逆變電路轉(zhuǎn)換而成，整流濾波電路是與來(lái)自電網(wǎng)的電源回路有一公共端的一組正半波整流濾波電路和一組負(fù)半波整流濾波電路所組成，形成供給變頻電路的正負(fù)各一組直流電源；逆變電路為雙半波4單元，每二個(gè)單元為一組，把直流電源調(diào)制為變頻的和時(shí)滯等于1/4周期的對(duì)稱兩相電源，每一組向電動(dòng)機(jī)的一相供電。所述電動(dòng)機(jī)為一種空間相差π/2電角度的兩相對(duì)稱繞組鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。
其對(duì)稱兩相電源是提供兩個(gè)振幅相同、時(shí)滯等于1/4周期的交流電壓的多相電源；其電動(dòng)機(jī)為空間相差π/2電角度的兩相對(duì)稱繞組電動(dòng)機(jī)。雖然三相制對(duì)于大功率電力系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)突出，并成為供電網(wǎng)除單相電源外唯一的多相電源，但對(duì)稱兩相制對(duì)于小功率電力系統(tǒng)則較為簡(jiǎn)單，在以入只因缺乏方便的電源不便使用。在單相電容電動(dòng)機(jī)的研究中，提出過(guò)以對(duì)稱兩相電動(dòng)機(jī)的原理作為分析手段，并提出過(guò)以三相電源演變出研究試驗(yàn)所需的對(duì)稱兩相電源。在單相供電的洗衣機(jī)以往不能建立和使用的對(duì)稱兩相電源，在本發(fā)明是在來(lái)自電網(wǎng)的電源轉(zhuǎn)換成變頻電源的同時(shí)形成。
關(guān)于上述方案中的變頻電源，本發(fā)明的一個(gè)解決方案是，變頻電源是把來(lái)自電網(wǎng)的電源經(jīng)整流濾波電路和逆變電路轉(zhuǎn)換而成。整流濾波電路是來(lái)自電網(wǎng)的電源回路有一公共端的一組正半波整流濾波電路和一組負(fù)半波整流濾波電路所組成，形成供給逆變電路的正和負(fù)各一組直流電源；逆變電路為雙半波4單元，每二個(gè)單元為一組，把直流電源調(diào)制為變頻的和時(shí)滯等于1/4周期的對(duì)稱兩相電源。每一組向電動(dòng)機(jī)的一相供電。本發(fā)明的方案，整流元件數(shù)較橋式整流電路減少二分之一；逆變電路中的單元數(shù)較三相電路減少了三分之一；各單元經(jīng)電動(dòng)機(jī)阻抗串聯(lián)接電源，可避免誤觸發(fā)導(dǎo)致的大電流短路以至燒毀元件，提高可靠性，因而可簡(jiǎn)化保護(hù)電路和選用較普通的元件。
關(guān)于上述方案的空間相差π/2電角度的兩相對(duì)稱繞組電動(dòng)機(jī)，可以是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)或永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)、磁阻電動(dòng)機(jī)和磁帶電動(dòng)機(jī)。本發(fā)明的一個(gè)方案是采用一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一空間相差π/2電角度的兩相對(duì)稱繞組鼠籠式電動(dòng)機(jī)。它就是以往洗衣機(jī)上使用的單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，但由對(duì)稱兩相電源供電，省去原有的電動(dòng)機(jī)電容器；有明顯提高的效率和轉(zhuǎn)矩，因而可節(jié)省電動(dòng)機(jī)的電磁材料；電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)為圓形，因而明顯降低電磁振動(dòng)噪聲。與同樣是對(duì)稱電動(dòng)機(jī)的三相電動(dòng)機(jī)相比，定子少一相的槽數(shù)，對(duì)于小功率電動(dòng)機(jī)的小直徑鐵心，開(kāi)槽顯得更適宜；繞組少一個(gè)相平面，嵌線簡(jiǎn)化，以至以往制造洗衣機(jī)的電動(dòng)機(jī)的兩相式自動(dòng)嵌線設(shè)備可以繼續(xù)使用。此外的其他電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工藝均比感應(yīng)電動(dòng)機(jī)復(fù)雜，于可靠性和成本不利，而在洗衣機(jī)中的使用性能差異不大。
以下結(jié)合


本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1是本發(fā)明變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電氣框圖。
盛水桶旋轉(zhuǎn)自如地設(shè)有在內(nèi)底部旋轉(zhuǎn)自如地設(shè)有波輪的洗滌桶兼脫水桶，靠懸掛件吊掛在洗衣機(jī)主體中。減速機(jī)構(gòu)設(shè)在盛水桶的底部，把動(dòng)力傳遞到波輪和洗滌桶兼脫水桶。減速機(jī)構(gòu)的下部設(shè)有電動(dòng)機(jī)。供水系統(tǒng)向洗滌桶兼脫水桶內(nèi)供水，排水閥系統(tǒng)把洗滌兼脫水桶內(nèi)的洗滌水等排出。此是一種波輪式洗衣機(jī)的典型構(gòu)成。但是并不限定是波輪式洗衣機(jī)，也可以是攪拌式洗衣機(jī)滾筒式洗衣機(jī)。此外也并不限定于需要減速機(jī)構(gòu)或/和圖示電動(dòng)機(jī)與各旋轉(zhuǎn)體的同軸傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)，例如可以采用靠皮帶把電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞到減速機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，或/和不設(shè)減速機(jī)構(gòu)而在洗滌過(guò)程中把動(dòng)力直接傳遞到波輪的直接驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。
電動(dòng)機(jī)6的控制裝置包括由來(lái)自電網(wǎng)的例如220V50HZ的交流電源1，和連接于其輸出端并把交流電源1整流而變換式直流電壓的整流濾波電路2，構(gòu)成的直流電源3；在直流電源的輸出端連接的逆變電路4。在逆變電路的輸出端連接著電動(dòng)機(jī)6。此外，逆變電路4連接于控制機(jī)構(gòu)5，并受其控制。此為典型的AC-DC-AC間接變換方式的控制裝置，但并不限定于此，也可以是不設(shè)整流濾波電路的AC-AC直接變換方式的控制裝置。
圖1表示本發(fā)明實(shí)施例中電動(dòng)機(jī)6和控制裝置的電路圖。在本實(shí)施例中，整流濾波電路2包括由二極管D1和電容器C1組成的正電源的整流濾波電路；由二極管D2和電容器C2組成的負(fù)電源的整流濾波電路。二組電源的整流濾波電路的零電位點(diǎn)與電源1的一輸出線(通常為中性線)相連。此為本發(fā)明實(shí)施例提出的雙半波整流濾波電路。但不限定于此，當(dāng)需要高于電網(wǎng)電壓的變頻電源時(shí)，可使用全波和/或倍壓整流濾波電路。
逆變電路3備有與電動(dòng)機(jī)6的兩相繞組Wa和Wb對(duì)應(yīng)的二個(gè)高電位側(cè)單元(開(kāi)關(guān)元件V1a、V1b各與其輸入連接著的驅(qū)動(dòng)電路K1a、K1b的組合)，和二個(gè)低電位側(cè)單元(開(kāi)關(guān)元件V2a、V2b各與其輸入連接著的驅(qū)動(dòng)電路K2a、K2b的組合)。開(kāi)關(guān)元件V1a、V1b、V2a和V2b的發(fā)射極和集電極各并聯(lián)有續(xù)流二極管D1a、D1b、D2a和D2b；但不限定于此，也可以是并聯(lián)或/和串聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娮?、電容、電感和半?dǎo)體器件組成的保護(hù)電路。上述開(kāi)關(guān)元件可以使用包含4個(gè)或2個(gè)IGBT的模塊，或者分立的IGBT元件；電路。上述開(kāi)關(guān)元件可以使用包含4個(gè)或2個(gè)IGBT的模塊，或者分立的IGBT元件；也可以使用除了IGBT之外的功率元件，例如功率型MOSFET、GTR(BJT)和GTO等。此外，也可以是上述所有單元加上保護(hù)電路封裝一體的集成功率模塊，如IPM等。
逆變電路為雙半波4單元，每二個(gè)單元為一組，在控制機(jī)構(gòu)5的控制下，把直流電源調(diào)制為變頻的和時(shí)滯等于1/4周期的對(duì)稱兩相電源開(kāi)關(guān)元件V1a、V2a組成一組雙半波逆變電路，向電動(dòng)機(jī)的a相繞組供電；開(kāi)關(guān)元件V1b、V2b組成另一組雙半波逆變電路，向電動(dòng)機(jī)的b相繞組供電。關(guān)于變頻調(diào)制的方式，本實(shí)施例為現(xiàn)有技術(shù)的電壓型脈寬調(diào)制(PWM、SPWM等)方式，但也可以為電流型或/和脈幅調(diào)制等方式；以及為了有更優(yōu)良的調(diào)速性能，還可以是進(jìn)行變頻調(diào)制的同時(shí)進(jìn)行電壓調(diào)制。
控制機(jī)構(gòu)5含有PWM輸出機(jī)構(gòu)，并在微計(jì)算機(jī)內(nèi)構(gòu)成，按照洗衣機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性所需的固有設(shè)定和動(dòng)態(tài)調(diào)整的要求，除控制逆變電路輸出的電源為對(duì)稱兩相外，還控制其頻率、電壓和波形。微計(jì)算機(jī)內(nèi)部和外圍會(huì)設(shè)有為本實(shí)施例電路保護(hù)、控制和電磁兼容所需的外圍電路和元件。此外，微計(jì)算機(jī)還會(huì)包括本實(shí)施例的洗衣機(jī)進(jìn)行工作所需的洗滌、漂洗和脫水的程序和對(duì)相關(guān)的傳感和控制功能的處理。這些均屬于現(xiàn)有技術(shù)。
本實(shí)施例電動(dòng)機(jī)6直接選用符合中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T3758-1996《家用洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)通用技術(shù)條件》要求的電動(dòng)機(jī)，視洗衣機(jī)的負(fù)載容量選擇適當(dāng)?shù)墓β实燃?jí)。該類電動(dòng)機(jī)通常已是空間相差π/2電角度的兩相對(duì)稱繞組結(jié)構(gòu)，只因用于單相電源，其中稱為副相的一相是串聯(lián)移相電容器后再與主相并聯(lián)接往電源，因而工作于非對(duì)稱狀態(tài)。在本實(shí)施例，由于電動(dòng)機(jī)對(duì)稱運(yùn)行效率提高，相對(duì)以往洗衣機(jī)上所用的電動(dòng)機(jī)，所選功率等級(jí)至少可降低一檔；噪聲要求也可以有所降低。并且，由于是由變頻電源供電，統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化的電動(dòng)機(jī)可適應(yīng)電網(wǎng)電壓頻率因地域不同而不同的情況，有利于國(guó)際貿(mào)易。
本發(fā)明達(dá)到了使用變頻技術(shù)改進(jìn)洗衣機(jī)，可達(dá)到簡(jiǎn)化現(xiàn)有技術(shù)的變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和降低成本的目的。
權(quán)利要求
1.一種變頻驅(qū)動(dòng)的洗衣機(jī)，在該洗衣機(jī)中，來(lái)自電網(wǎng)的電源被轉(zhuǎn)換成變頻電源，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，其特征在于所轉(zhuǎn)換成的變頻電源為時(shí)滯等于1/4周期的對(duì)稱兩相電源，所驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)為空間相差π/2電角度的兩相對(duì)稱繞組電動(dòng)機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻驅(qū)動(dòng)的洗衣機(jī)，其特征在于所述的變頻電源是經(jīng)整流濾波電路和逆變電路轉(zhuǎn)換而成，整流濾波電路是與來(lái)自電網(wǎng)的電源回路有一公共端的一組正半波整流濾波電路和一組負(fù)半波整流濾波電路所組成，形成供給變頻電路的正負(fù)各一組直流電源；逆變電路為雙半波4單元，每二個(gè)單元為一組，把直流電源調(diào)制為變頻的和時(shí)滯等于1/4周期的對(duì)稱兩相電源，每一組向電動(dòng)機(jī)的一相供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻驅(qū)動(dòng)的洗衣機(jī)，其特征在于所述電動(dòng)機(jī)為一種空間相差π/2電角度的兩相對(duì)稱繞組鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明是一種變頻驅(qū)動(dòng)的洗衣機(jī),在該洗衣中,電網(wǎng)電源被轉(zhuǎn)換成變頻和時(shí)滯等于1/4周期的對(duì)稱兩相電源,驅(qū)動(dòng)空間相差π/2電角度的兩相對(duì)稱繞組電動(dòng)機(jī)。其中一個(gè)方案:電網(wǎng)電源經(jīng)整流濾波電路和逆變電路轉(zhuǎn)換成變頻電源,整流濾波電路是與電網(wǎng)的電源回路有一公共端的正和負(fù)各一組半波整流濾波電路,逆變電路為雙半波4單元;使用以往洗衣機(jī)的電動(dòng)機(jī)。結(jié)果是具有對(duì)稱電動(dòng)機(jī)的優(yōu)良性能,但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化和成本降低。
文檔編號(hào)H02M5/00GK1325178SQ00131018
公開(kāi)日2001年12月5日 申請(qǐng)日期2000年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月29日
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