專利名稱：餐具清洗機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于清洗餐具的家庭用餐具清洗機(jī)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的這種餐具清洗機(jī)中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置一般是通過變頻器來驅(qū)動(dòng)無傳感器的無刷電機(jī)，因此清洗泵電機(jī)需要實(shí)現(xiàn)小型化(其中的一例可參考日本專利公報(bào)特開2003-190070號(hào))。
但是，在上述的現(xiàn)有裝置中，為了檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置，需要對(duì)電機(jī)的感應(yīng)電壓進(jìn)行檢測(cè)，因此采用的是稱為“方波驅(qū)動(dòng)”的電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法，但這種驅(qū)動(dòng)方法存在著電機(jī)電流的波形失真大、電機(jī)噪聲也會(huì)增大的問題。另外，在用通過位置傳感器信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)來代替無傳感器驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)合下，則需要在電機(jī)中設(shè)置位置傳感器。但這樣一來，又會(huì)產(chǎn)生電機(jī)的厚度增大、可靠性下降、成本上升等問題。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，其目的在于提供一種餐具清洗機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，通過對(duì)水泵電機(jī)進(jìn)行無傳感器、正弦波驅(qū)動(dòng)來減小電機(jī)噪聲，并且通過省去位置傳感器使電機(jī)實(shí)現(xiàn)小型化、薄型化、低成本化，同時(shí)提高可靠性。
本實(shí)用新型的具體實(shí)施方案概述如下。其中，第1方案中的餐具清洗機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置包括交流電源；與所述交流電源相連的、將所述交流電源的交流電力變換成直流電力的整流電路；與所述整流電路相連的、將所述整流電路的直流電力變換成交流電力的變頻器電路；與所述變頻器電路相連的電機(jī)，所述電機(jī)由所述變頻器電路加以驅(qū)動(dòng)、并用來驅(qū)動(dòng)清洗泵或排水泵；與所述變頻器電路相連的、檢測(cè)所述變頻器電路的輸出電流的電流檢測(cè)裝置；和分別與所述電流檢測(cè)裝置和所述變頻器電路相連的、通過所述電流檢測(cè)裝置的輸出信號(hào)對(duì)所述變頻器電路進(jìn)行脈寬調(diào)制控制、控制所述電機(jī)達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速的控制裝置，其中，所述變頻器電路的輸出電壓和輸出電流的相位或者無功電流被控制成規(guī)定值。這樣，可以省去位置傳感器，使電機(jī)實(shí)現(xiàn)小型化，同時(shí)提高可靠性，降低成本。
第2方案為，第1方案中的變頻器電路包括6個(gè)晶體管和6個(gè)二極管，構(gòu)成3相全波橋式變頻器電路，所述電流檢測(cè)裝置包括與所述3相全波橋式變頻器電路的下臂晶體管的負(fù)電位端分別連接的多個(gè)分流電阻，通過對(duì)所述分流電阻中流過的電流進(jìn)行檢測(cè)，來檢測(cè)出所述變頻器電路的輸出電流。這樣，直流成分就很容易檢測(cè)到，且通過低成本的分流電阻就能夠構(gòu)成電流檢測(cè)裝置，電流檢測(cè)裝置可以小型化，能夠制成低成本的無傳感器電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。
第3方案為，第1方案中的電機(jī)為扁平狀的、無位置傳感器的直流無刷電機(jī)。通過采用直流無刷電機(jī)，可以使電機(jī)小型化。此外，由于沒有位置傳感器，電機(jī)可以做成扁平形狀，從而能夠減小清洗槽底部用于安裝電機(jī)等所需的容積，從而加大清洗槽中可用來設(shè)置餐具的容積，能夠形成實(shí)現(xiàn)一種結(jié)構(gòu)緊湊、容量大的餐具清洗機(jī)。
第4方案為，在第1方案中，通過將所述變頻器電路的輸出電壓和輸出電流的相位、或者無功電流控制成規(guī)定值，將所述變頻器電路的輸出電流和所述電機(jī)的感應(yīng)電壓的相位控制成基本相同的相位。這樣，通過將電機(jī)感應(yīng)電壓的相位和電機(jī)電流的相位控制成基本相同，可以減小電機(jī)電流，使工作效率達(dá)到最大，減小電機(jī)的溫升，使電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)小型化、扁平化，同時(shí)還可以減小電機(jī)的安裝容積，加大清洗槽中可用于設(shè)置餐具的容積，能夠?qū)崿F(xiàn)一種結(jié)構(gòu)緊湊、容量大、造價(jià)低的餐具清洗機(jī)。
第5方案為，在第1方案中，通過將所述變頻器電路的輸出電壓和輸出電流的相位、或者無功電流控制成規(guī)定值，將所述變頻器電路的輸出電流相位控制成相對(duì)于所述電機(jī)的感應(yīng)電壓具有一個(gè)超前角。這樣，即使負(fù)載變動(dòng)引起電流相位發(fā)生變化，電流相位也比感應(yīng)電壓延遲，不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)矩減少、失步等情況，可以使控制變得穩(wěn)定。即使水泵吸入空氣，負(fù)載發(fā)生急劇變化，也可以使操作穩(wěn)定，同時(shí)即使在通過較弱的磁場(chǎng)進(jìn)行控制的多極數(shù)電機(jī)中也可以實(shí)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)。
第6方案為，在第1方案中，電流檢測(cè)裝置與對(duì)變頻器電路進(jìn)行脈寬調(diào)制控制的切換周期同步地檢測(cè)所述變頻器電路的輸出電流，通過將所述電流檢測(cè)裝置檢測(cè)到的電流值、和與切換周期同步地運(yùn)算/設(shè)定好的輸出電流值進(jìn)行比較，將所述變頻器電路的輸出電壓和輸出電流的相位、或者無功電流的瞬時(shí)值控制成規(guī)定值。這樣，即使在載波頻率比電機(jī)驅(qū)動(dòng)頻率還高的情況下，也能夠檢測(cè)出電機(jī)電流相位、無功電流或電流絕對(duì)值，加快電機(jī)控制的響應(yīng)時(shí)間，使之能夠跟得上負(fù)載變動(dòng)。即使水泵吸入空氣，負(fù)載發(fā)生急劇變化，也可以使操作穩(wěn)定。
第7方案為，在第1方案中，所述電機(jī)被控制成進(jìn)行正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)時(shí)，分別實(shí)現(xiàn)清洗操作和排水操作；在所述的泵被驅(qū)動(dòng)時(shí)，將所述電機(jī)控制成設(shè)定轉(zhuǎn)速，當(dāng)變頻器電路輸出電流處于規(guī)定值以下時(shí)，則判定所述泵吸入了空氣。在判定吸入了空氣時(shí)，為了防止噪聲增大，可以降低進(jìn)行清洗工作或漂洗工作時(shí)的轉(zhuǎn)速或者增大水量，在進(jìn)行排水操作時(shí)可以使泵臨時(shí)停止操作，等到清洗槽下部再次存積有清洗水時(shí)才重新開始排水，這樣，操作時(shí)間可以縮短，噪聲也可以降低。


圖1為本實(shí)用新型的第1實(shí)施例中的餐具清洗機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的方框圖，圖2為本實(shí)用新型的餐具清洗機(jī)中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的變頻器電路圖，
圖3為本實(shí)用新型的餐具清洗機(jī)中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的電流檢測(cè)時(shí)序圖，圖4為本實(shí)用新型的餐具清洗機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的控制裝置方框圖，圖5為本實(shí)用新型的餐具清洗機(jī)中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的控制矢量圖，圖6為本實(shí)用新型的餐具清洗機(jī)中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的各種波形和時(shí)序圖，圖7為本實(shí)用新型的第1實(shí)施例的餐具清洗機(jī)中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的截面圖，圖8為本實(shí)用新型的第2實(shí)施例中的電機(jī)控制程序的流程圖，圖9為本實(shí)用新型的電機(jī)控制程序中的載波信號(hào)中斷子程序的流程圖，圖10為本實(shí)用新型的電機(jī)控制程序的轉(zhuǎn)速控制子程序的流程圖，圖11為本實(shí)用新型的餐具清洗機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的起動(dòng)控制時(shí)序圖，圖12為本實(shí)用新型的餐具清洗機(jī)中與電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的控制表示意圖，圖13為本實(shí)用新型的餐具清洗機(jī)中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)生吸入空氣時(shí)的控制矢量圖。
上述附圖中，1為交流電源，2為整流電路，3為變頻器電路，4為電機(jī)，5為電流檢測(cè)裝置，6為控制裝置，7為清洗槽。
具體實(shí)施方式
(實(shí)施例1)圖1為本實(shí)用新型的第1實(shí)施例中的餐具清洗機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置方框圖。
如圖1中所示，來自交流電源1的交流電力加到整流電路2上，變換成直流電壓，變頻器電路3再將直流電壓變換成3相交流電壓來驅(qū)動(dòng)電機(jī)4。在整流電路2中，全波整流電路20的直流輸出端子之間串接有電容器21a、21b，電容器21a、21b的連接點(diǎn)與交流電源的一個(gè)輸入端子相連接，構(gòu)成直流倍壓電路，從而提高施加到變頻器電路3中的電壓。變頻器電路3的負(fù)電壓一側(cè)連接有電流檢測(cè)裝置5。通過檢測(cè)在變頻器電路3的3個(gè)相中的下臂中流過的電流，對(duì)變頻器電路3的輸出電流亦即電機(jī)4的各相電流進(jìn)行檢測(cè)。
控制裝置6用于從電流檢測(cè)裝置5的輸出信號(hào)計(jì)算出變頻器電路3的輸出電流，從而在電機(jī)4上施加上與設(shè)定轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的規(guī)定頻率的規(guī)定電壓，對(duì)電機(jī)4進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。通過將輸出電流控制成與電機(jī)負(fù)載相對(duì)應(yīng)的輸出電流相位或無功電流，可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)4以設(shè)定的同步速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
圖2為變頻器電路3的詳細(xì)電路圖，其中，6個(gè)晶體管和6個(gè)二極管構(gòu)成了3相全波橋式變頻器電路。為避免累述，這里只3個(gè)相臂中的1個(gè)相臂即U相臂30A進(jìn)行描述。由絕緣柵雙極晶體管(下面簡(jiǎn)稱為IGBT)構(gòu)成的上臂晶體管31a1與二極管32a1反向并聯(lián)，構(gòu)成一個(gè)并聯(lián)電路；另外，由IGBT構(gòu)成的下臂晶體管31a2和二極管32a2反向并聯(lián)，也構(gòu)成一個(gè)并聯(lián)電路，這兩個(gè)并聯(lián)電路互相串聯(lián)連接。上臂晶體管31a1的集電極端子與直流電源的正電位端子Lp相連接，上臂晶體管31a1的發(fā)射極端子與輸出端子U相連接，下臂晶體管31a2的發(fā)射極端子經(jīng)構(gòu)成電流檢測(cè)裝置5的分流電阻50a與直流電源的負(fù)電位側(cè)端子Ln相連接。
上臂柵極驅(qū)動(dòng)電路33a1根據(jù)上臂驅(qū)動(dòng)信號(hào)Up驅(qū)動(dòng)上臂晶體管31a1，下臂柵極驅(qū)動(dòng)電路33a2根據(jù)下臂驅(qū)動(dòng)信號(hào)Un驅(qū)動(dòng)下臂晶體管31a2，分別進(jìn)行導(dǎo)通/截止切換控制。上臂柵極驅(qū)動(dòng)電路33a1的內(nèi)部設(shè)有根據(jù)微分信號(hào)進(jìn)行置位/復(fù)位的RS觸發(fā)器電路，在上臂驅(qū)動(dòng)信號(hào)Up的上升沿使上臂晶體管31a1導(dǎo)通，在上臂驅(qū)動(dòng)信號(hào)Up的下降沿使上臂晶體管31a1截止。下臂柵極驅(qū)動(dòng)電路33a2中無需進(jìn)行這樣的操作，故內(nèi)部沒有設(shè)置RS觸發(fā)器電路。
施加到IGBT上的柵極電壓需要達(dá)到10～15V，當(dāng)使下臂晶體管31a2導(dǎo)通時(shí)，15V直流電源從正端子B1經(jīng)自舉電阻34a、自舉二極管35a對(duì)自舉電容器36a進(jìn)行充電，故依靠自舉電容器36a中蓄積的能量能夠使上臂晶體管31a1進(jìn)行導(dǎo)通/截止切換。另外，在下臂的反向并聯(lián)二極管32a2導(dǎo)通的場(chǎng)合下，也同樣可以對(duì)自舉電容器36a進(jìn)行充電。
V相臂30B、W相臂30C也進(jìn)行同樣的連接，各臂中的下臂晶體管的發(fā)射極端子與構(gòu)成電流檢測(cè)裝置5的分流電阻50b、50c相連接，分流電阻50b、50c的另一側(cè)的端子與直流電源的負(fù)電位端子Ln相連接。當(dāng)下臂晶體管由IGBT或大功率MOSFET構(gòu)成時(shí)，由于通過控制柵極電壓就能夠?qū)崿F(xiàn)切換控制，因此，與IGBT的發(fā)射極端子(大功率MOSFET的場(chǎng)合下為源極端子)連接的分流電阻的電阻值如果被選定為使其兩端電壓為1V以下時(shí)，對(duì)切換操作幾乎不產(chǎn)生影響，通過電壓控制就能夠控制導(dǎo)通/截止之間的轉(zhuǎn)換，并且具有通過檢測(cè)分流電阻50a、50b、50c的電壓veu、vev、vew就能夠檢測(cè)出變頻器電路的輸出電流亦即電機(jī)電流的特點(diǎn)。
圖3中示出了變頻器電路輸出電流的檢測(cè)時(shí)序圖，其中，采用了三角波調(diào)制進(jìn)行脈寬調(diào)制控制。為了減小切換噪聲的影響，上、下臂IGBT的切換時(shí)機(jī)被互相錯(cuò)開；veu、vev、vew電壓被進(jìn)行高速A/D變換，然后由微電腦等電機(jī)控制處理器進(jìn)行電流檢測(cè)。
圖3中，ck為三角波調(diào)制信號(hào)Vt的峰值亦即時(shí)間t3處產(chǎn)生的同步信號(hào)，vu為U相電壓控制信號(hào)。通過將三角波調(diào)制信號(hào)Vt和U相電壓控制信號(hào)vu進(jìn)行比較，產(chǎn)生出U相上臂晶體管31a1的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Up和U相下臂晶體管31a2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Un。其中，t1～t2的區(qū)間及t5～t6的區(qū)間為上、下臂晶體管均不導(dǎo)通的期間，故稱為死區(qū)時(shí)間Δt。至于A/D變換的時(shí)機(jī)，既可以是上臂晶體管截止、下臂晶體管導(dǎo)通的時(shí)間t3，也可以在時(shí)間t3至?xí)r間t4的死區(qū)時(shí)間Δt范圍內(nèi)進(jìn)行。
圖4為本實(shí)用新型的控制裝置的方框圖，其中，通過微電腦或數(shù)字信號(hào)處理器等高速處理器實(shí)現(xiàn)無傳感器正弦波驅(qū)動(dòng)。
下面使用圖5中的矢量圖對(duì)其中的基本控制方法進(jìn)行說明。圖5為轉(zhuǎn)子表面設(shè)有永久磁鐵的表面永久磁鐵電機(jī)(簡(jiǎn)稱SPM電機(jī))的d-q座標(biāo)系矢量圖，電機(jī)感應(yīng)電壓Vr與q軸同軸，感應(yīng)電壓Vr與感應(yīng)電壓常數(shù)kr和轉(zhuǎn)速N亦即電機(jī)驅(qū)動(dòng)頻率f成正比。換句話說，電機(jī)感應(yīng)電壓Vr和頻率f之間的比例(Vr/f)總是保持恒定。
將電機(jī)電流I控制成與q軸同軸時(shí)，進(jìn)行的將是矢量控制，但這樣q軸將檢測(cè)不出來，故假設(shè)已經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)到角度γ。電機(jī)的電壓方程式可以用下面的公式1來表示，當(dāng)驅(qū)動(dòng)頻率f被固定時(shí)，d-q座標(biāo)系中的電流矢量I將被固定，電機(jī)的施加電壓矢量Vi也就被固定。反過來，電機(jī)施加電壓矢量Vi被固定的話，電流矢量I也就被固定。另外，在變換到以電機(jī)施加電壓Vi(基軸)為主軸的a-r軸座標(biāo)時(shí)也一樣，電流矢量I被固定時(shí)，電機(jī)感應(yīng)電壓矢量Vr也就被固定。換言之，如果預(yù)先知道了電機(jī)的常數(shù)(線圈電阻R、線圈電感L、電機(jī)感應(yīng)電壓常數(shù)kr)，通過將電流矢量I加以固定，就可以將感應(yīng)電壓Vr和電流I之間的相位控制成一定，從而可以將q軸電流Iq(亦即轉(zhuǎn)矩電流)基本控制成一定，實(shí)現(xiàn)與矢量控制基本相同的控制。
公式1Vi＝(R+jωL)I+Vr(其中，R為線圈電阻，ω為角頻率，L為線圈電感)通過將無功電流Isinφ選定為適當(dāng)?shù)闹?，減小超前角γ，可以使電機(jī)電流I與轉(zhuǎn)矩電流(q軸電流)Iq變得基本相同，提高工作效率。這樣，電機(jī)的損耗可以減少，電機(jī)的溫度上升可以減輕，電機(jī)也能實(shí)現(xiàn)小型化。
另外，在通常的操作過程中，通過如圖5中所示的那樣將電機(jī)電流I設(shè)定為γ超前角，即使因負(fù)載發(fā)生急劇變動(dòng)、相位φ發(fā)生變化時(shí)，電機(jī)電流I與q軸之間的相位γ也不會(huì)發(fā)生遲延，不會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩銳減、失去同步(即失步)等情況。特別是，在轉(zhuǎn)速急劇下降、相位γ相對(duì)于q軸出現(xiàn)滯后且相位φ達(dá)到90度以上時(shí)，出現(xiàn)失步的可能性就很高。通過進(jìn)行超前角控制，可以減少相位延遲的情況，從而可以提高旋轉(zhuǎn)控制的穩(wěn)定性能。
此外，通過進(jìn)行超前角控制，可以實(shí)現(xiàn)弱化的勵(lì)磁控制(d軸電流為負(fù))，能夠減小電機(jī)感應(yīng)電壓Vr和線圈線圈電壓(jωLI)之和(即電壓矢量Vo)，從而可以使轉(zhuǎn)矩電流增加Iq，實(shí)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)。
如上所述，如果知道了電機(jī)常數(shù)(線圈電阻R、線圈電感L、電機(jī)感應(yīng)電壓常數(shù)kr)和與電機(jī)負(fù)載相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩電流Iq，通過控制變頻器電流(電機(jī)電流)I相對(duì)于電機(jī)施加電壓Vi的的絕對(duì)值和相位φ就可以對(duì)電機(jī)電流矢量進(jìn)行控制。因此，在圖5的矢量圖中，從d-q座標(biāo)基軸座標(biāo)變換后的r軸電流Ir(＝Isinφ)或a軸電流Ia(＝Icosφ)被控制在規(guī)定值上。
圖4中的驅(qū)動(dòng)條件設(shè)定裝置60根據(jù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)條件求出驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩電流和超前角γ，將設(shè)定信號(hào)fs、Irs和V/f送至轉(zhuǎn)速設(shè)定裝置61、無功電流設(shè)定裝置62和V/f設(shè)定裝置65中，以設(shè)定驅(qū)動(dòng)頻率f及無功電流Isinφ等條件。載波信號(hào)發(fā)生裝置63產(chǎn)生用來進(jìn)行PWM調(diào)制的三角波信號(hào)Vt和同步信號(hào)ck，載波頻率(切換頻率)被設(shè)定在15kHz以上的超聲波頻率上，以減少電機(jī)噪聲。同步信號(hào)ck被送到各個(gè)運(yùn)算模塊中，各個(gè)運(yùn)算與同步信號(hào)ck同步地進(jìn)行運(yùn)算操作。
轉(zhuǎn)速設(shè)定裝置61用來設(shè)定電機(jī)驅(qū)動(dòng)頻率f，并求出載波信號(hào)周期Tc的相位角Δθ，加到電角運(yùn)算裝置64中。驅(qū)動(dòng)頻率信號(hào)f被送到V/f設(shè)定裝置65中。電角運(yùn)算裝置64與同步信號(hào)ck同步地求出相位θ，并將相位信號(hào)θ加到存貯有標(biāo)準(zhǔn)正弦表的存貯裝置66、座標(biāo)變換裝置68、72及無功電流設(shè)定裝置62中。
V/f設(shè)定裝置65根據(jù)驅(qū)動(dòng)頻率f或負(fù)載轉(zhuǎn)矩設(shè)定施加電壓常數(shù)kvn，將其設(shè)定為與轉(zhuǎn)速或負(fù)載轉(zhuǎn)矩成正比的值。在水泵電機(jī)的場(chǎng)合下，由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩為轉(zhuǎn)速的平方，因此，施加電壓常數(shù)kvn要與驅(qū)動(dòng)頻率的平方成比例地增加。在下面將要敘述的采用單電機(jī)雙水泵或者單電機(jī)單水泵的方式、正向旋轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行清洗操作、反向旋轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行排水操作的場(chǎng)合下，電機(jī)所需的轉(zhuǎn)矩電流分別不同，因此在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時(shí)需要改變施加電壓常數(shù)kvn的設(shè)定值。
存貯裝置66中的存貯區(qū)域中存貯有進(jìn)行與相位角相對(duì)應(yīng)的三角函數(shù)運(yùn)算所必須的標(biāo)準(zhǔn)正弦表，舉個(gè)例子來說，存貯有從相位0到2π的從-1到+1的正弦值數(shù)據(jù)。
高速A/D變換裝置67在數(shù)微秒之內(nèi)在圖3中的時(shí)序圖中所示的三角波調(diào)制信號(hào)Vt的峰值處將電流檢測(cè)裝置5的輸出信號(hào)veu、vev、vew進(jìn)行A/D變換，變換成與變頻器的輸出電流相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)Iu、Iv、Iw，并將各相電流的瞬時(shí)值加到3相→2相基軸變換裝置68中。
3相→2相基軸變換裝置68用于如圖5中所示的那樣將變頻器電路輸出電流的瞬時(shí)值進(jìn)行3相→2相變換，向變頻器電路輸出電壓軸亦即電機(jī)基軸(a-r軸)進(jìn)行座標(biāo)變換。上述的3相→2相基軸變換裝置68使用公式2進(jìn)行絕對(duì)變換，求出a軸成分Ia和r軸成分Ir。Ir相當(dāng)于Isinφ，為從變頻器輸出(母線電壓)觀察時(shí)的無功電流成分。通過進(jìn)行座標(biāo)變換，不但可以從輸出電流瞬時(shí)值求出瞬時(shí)的無功電流成分Ir，而且還可以下面的公式3中所示平方平均方法求出瞬時(shí)輸出電流矢量絕對(duì)值Im。另外，由于通過公式4還可以在瞬間求出從變頻器輸出(母線電壓)觀察時(shí)的電流相位φ，因此，比起設(shè)置電流過零點(diǎn)檢測(cè)裝置來進(jìn)行相位檢測(cè)的方式來，響應(yīng)性能得到極大的提高。
公式2IrIa=cosθsinθ-sinθcosθ×231-12-12032-32IuIvIw]]>=23cosθcos(θ-2π3)cos(θ-4π3)-sinθ-sin(θ-2π3)-sin(θ-4π3)IuIvIw]]>公式3Im=Ia2+Ir2]]>公式4φ＝tan-1(Ir/Ia)無功電流比較裝置69把3相→2相基軸變換裝置68的輸出信號(hào)Ir和無功電流設(shè)定裝置62的設(shè)定信號(hào)Irs進(jìn)行比較，并輸出其誤差信號(hào)Δir；該誤差信號(hào)Δir由誤差信號(hào)放大運(yùn)算裝置70進(jìn)行放大或積分后，形成施加電壓常數(shù)改變信號(hào)kv；所述施加電壓常數(shù)改變信號(hào)kv再被輸出到控制電壓比較設(shè)定裝置71中。
控制電壓比較設(shè)定裝置71用于將V/f設(shè)定裝置65的輸出信號(hào)kvn和誤差信號(hào)放大運(yùn)算裝置70的輸出信號(hào)kv加以比較，形成變頻器輸出電壓控制信號(hào)Va。該變頻器輸出電壓控制信號(hào)Va被加到2相→3相基軸逆變換裝置72中，對(duì)變頻器輸出電壓進(jìn)行控制，使無功電流成分Ir等于規(guī)定值。
2相→3相基軸逆變換裝72使用下面的公式5中所示的逆變換式來產(chǎn)生3相正弦波電壓信號(hào)。由于變頻器輸出電壓與a軸同相，且r軸成分的Vr′為零，因此只要計(jì)算出Va即可。2相→3相基軸逆變換裝置72輸出的3相電壓vu、vv、vw被輸出到PWM控制裝置73中。
公式5VuVvVw=2310-1232-12-32cosθ-sinθsinθcosθVrVa]]>=23cosθ-sinθcos(θ-2π3)-sin(θ-2π3)cos(θ-4π3)-sin(θ-4π3)VrVa]]>圖6為進(jìn)行PWM控制中的各種波形的時(shí)序圖。
Eu為從中性點(diǎn)觀察到的電機(jī)感應(yīng)電壓波形，Iu為U相電流波形，比電機(jī)感應(yīng)電壓Eu稍微超前一點(diǎn)。另外，vu、vv、vw分別為U相、V相、W相的PWM控制輸入信號(hào)，把2相→3相基軸逆變換裝置72的輸出信號(hào)與三角波調(diào)制信號(hào)Vt進(jìn)行比較，生成PWM控制輸出信號(hào)Up。信號(hào)vu和U相輸出電Vi的相位相同，而U相電流Iu的相位要比信號(hào)vu的相位φ延遲。
圖7中的截面圖概略示出了采用了單電機(jī)單水泵方式的餐具清洗機(jī)的構(gòu)造。其中，自來水通過進(jìn)水閥8加到清洗槽7中，用來進(jìn)行清洗的水9存貯在清洗槽7中。在清洗槽7的下部設(shè)有軸向垂直的扁平狀直流無刷電機(jī)4，電機(jī)4的下方設(shè)有泵殼10，通過使葉輪11正向旋轉(zhuǎn)，施加上從軸向指向離心方向的壓力。因此，當(dāng)葉輪11正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，從設(shè)有噴射12a的噴射翼12b將向餐具(圖中未示出)噴射出清洗水，進(jìn)行清洗。另外，當(dāng)葉輪11發(fā)生正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，泵殼10的內(nèi)部壓力將變高；當(dāng)設(shè)在泵殼10側(cè)面上的排水閥13關(guān)閉時(shí)，水流方向?qū)⒊驀娚湟?2b一側(cè)。另一方面，當(dāng)使葉輪11反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，壓力將從葉輪11的側(cè)面加到垂直方向上，此時(shí)打開排水閥13的話，垂直方向上的水流將流向排水管14，因此，只用一個(gè)電機(jī)和一個(gè)水泵就既能進(jìn)行清洗又能實(shí)現(xiàn)排水。當(dāng)然，也可以設(shè)置分別用于清洗和用于排水的葉輪和泵殼，即采用單電機(jī)雙水泵方式，正轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行清洗，反轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行排水操作。但是，這樣一來，泵的高度將增高，產(chǎn)生清洗槽7的下部容積無法減小的問題。
采用本實(shí)用新型的話，可以省去直流無刷電機(jī)中的位置傳感器，從而可以使扁平構(gòu)造的電機(jī)做得更薄，與單電機(jī)單水泵的方式進(jìn)行組合后，可以減小清洗槽的下部容積，加大清洗槽中可用來放置餐具的容積。此外，由于直流無刷電機(jī)4具有在電機(jī)輸出一定的情況下轉(zhuǎn)速越高電機(jī)就越能實(shí)現(xiàn)小型化的特點(diǎn)，通過提高葉輪的轉(zhuǎn)速還可以使水泵和電機(jī)的體積實(shí)現(xiàn)小型化。
(實(shí)施例2)圖8是表示本實(shí)用新型的餐具清洗機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中進(jìn)行的操作的電機(jī)控制程序流程圖。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序從步驟100開始，在步驟101進(jìn)行驅(qū)動(dòng)頻率、V/f及無功電流等各種設(shè)定。接下來，進(jìn)到步驟102，進(jìn)行是否進(jìn)行起動(dòng)的判定；如果是起動(dòng)操作的話，則進(jìn)到步驟103，執(zhí)行起動(dòng)控制子程序。
起動(dòng)控制子程序103如圖11中所示，使驅(qū)動(dòng)頻率f從零直線上升到設(shè)定頻率fs，并根據(jù)驅(qū)動(dòng)頻率f改變V/f控制和無功電流設(shè)定值Irs。在負(fù)載為水泵的場(chǎng)合下，由于轉(zhuǎn)矩以轉(zhuǎn)速的平方發(fā)生變化，通過嚴(yán)格地按照轉(zhuǎn)速求出相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩電流Iq，計(jì)算出Isinφ，再根據(jù)控制表進(jìn)行起動(dòng)控制，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的起動(dòng)。
接下來，進(jìn)到步驟104，判定有無載波信號(hào)中斷。如有載波信號(hào)中斷，則執(zhí)行步驟105的載波信號(hào)中斷子程序和步驟106的轉(zhuǎn)速控制子程序。
圖9為載波信號(hào)中斷子程序的詳細(xì)過程。該程序從步驟200開始，在步驟201中判斷載波同步信號(hào)ck的計(jì)數(shù)值k是否為電機(jī)驅(qū)動(dòng)頻率f的1個(gè)周期內(nèi)的載波數(shù)量kc；如果兩者相等，則進(jìn)到步驟202，使載波計(jì)數(shù)值k清零。電機(jī)驅(qū)動(dòng)頻率f在1個(gè)周期內(nèi)的載波數(shù)kc在設(shè)定驅(qū)動(dòng)頻率時(shí)預(yù)先求出。
舉例來說，當(dāng)8極電機(jī)的轉(zhuǎn)速為4040rpm時(shí)，驅(qū)動(dòng)頻率f為269.3Hz，周期T為3.712ms；當(dāng)載波周期Tc為64μs(載波頻率為15.6kHz)的場(chǎng)合下，脈沖數(shù)量kc為58。如果設(shè)驅(qū)動(dòng)頻率f的1個(gè)周期為2π的話，1個(gè)載波周期Tc的相位Δθ則為Δθ＝2π/kc。
在步驟203中使載波同步信號(hào)的計(jì)數(shù)值+1后，進(jìn)到步驟204，從載波數(shù)k和1個(gè)載波周期Tc內(nèi)的相位Δθ計(jì)算出電角θ。接下來，進(jìn)到步驟205，檢測(cè)來自電流檢測(cè)裝置5的信號(hào)，從而檢測(cè)出變頻器的輸出電流Iu、Iv和Iw。接下來，進(jìn)到步驟206根據(jù)上面的公式2進(jìn)行3相→2相的基軸座標(biāo)變換，求出無功電流Ir和有效電流Ia；然后進(jìn)到步驟207，將Ir、Ia存儲(chǔ)起來。
接下來，進(jìn)至步驟208，通過公式3求出電機(jī)電流的矢量絕對(duì)值Im；然后，進(jìn)到步驟209，判斷計(jì)算值Im是否超過了過電流設(shè)定值Imax。
如果計(jì)算值Im超過了過電流設(shè)定值Imax，則進(jìn)到步驟210，停止驅(qū)動(dòng)變頻器電路3中的大功率半導(dǎo)體器件，從而停止電機(jī)驅(qū)動(dòng)；然后，進(jìn)到步驟211，建立起[過電流異常]標(biāo)志。
如果計(jì)算值Im沒有超過過電流設(shè)定值Imax，則進(jìn)到步驟212，從轉(zhuǎn)速控制子程序調(diào)用變頻器輸出控制信號(hào)Va；接下來，進(jìn)到步驟213，根據(jù)公式5進(jìn)行2相→3相基軸座標(biāo)逆變換，求出變頻器中的各相控制信號(hào)vu、vv、vw；然后，進(jìn)到步驟214，進(jìn)行PWM控制。最后，進(jìn)到步驟215，實(shí)行返回。
圖10為轉(zhuǎn)速控制子程序，這一轉(zhuǎn)速控制子程序不必對(duì)于每個(gè)載波信號(hào)都執(zhí)行，可以比方說每2個(gè)載波信號(hào)實(shí)行一次。當(dāng)載波頻率與超聲波頻率相等時(shí)，載波周期內(nèi)的程序處理時(shí)間將成為問題。如果必須對(duì)每個(gè)載波都實(shí)行相位計(jì)算、電流檢測(cè)計(jì)算、PWM控制等處理的話，則可以將座標(biāo)變換及圖10中所示的不必對(duì)每個(gè)載波都實(shí)行的處理分出來，再將這些沒有必要對(duì)每個(gè)載波都實(shí)行的處理分割成多個(gè)批次后進(jìn)行處理，來實(shí)行除電機(jī)控制之外的餐具清洗機(jī)的操作過程程序。
圖10中的轉(zhuǎn)速控制子程序從步驟300開始，在步驟301中調(diào)出驅(qū)動(dòng)頻率設(shè)定值fs，然后進(jìn)到步驟302，調(diào)出與頻率設(shè)定值fs相對(duì)應(yīng)的無功電流設(shè)定值Irs，進(jìn)到步驟303調(diào)出通過3相→2相基軸座標(biāo)變換求出的無功電流Ir，再進(jìn)到步驟304調(diào)出施加電壓常數(shù)設(shè)定值V/f。接下來，在步驟305將Irs和Ir進(jìn)行比較，從誤差信號(hào)Δir計(jì)算出施加電壓常數(shù)kv，然后進(jìn)至步驟306，從施加電壓常數(shù)設(shè)定值V/f和步驟305中求出的施加電壓常數(shù)kv計(jì)算出運(yùn)算基軸施加電壓信號(hào)Va。最后，進(jìn)到步驟307將Va進(jìn)行存儲(chǔ)，進(jìn)到步驟308實(shí)現(xiàn)返回。
再次回到圖8中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序。在步驟107中判斷是否進(jìn)行排水泵驅(qū)動(dòng)；如果需要驅(qū)動(dòng)排水泵，則進(jìn)到步驟108，檢測(cè)電機(jī)電流Im；然后對(duì)電機(jī)電流Im是否小于設(shè)定值Ima進(jìn)行判斷。如果小于設(shè)定值Ima，則進(jìn)到步驟110，建立起吸入空氣檢測(cè)標(biāo)志；然后進(jìn)到步驟111停止對(duì)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。最后，進(jìn)到步驟112執(zhí)行返回操作。
圖12中示出了根據(jù)泵驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速來設(shè)定V/f、Isinφ和吸入空氣檢測(cè)電流電平Ima的情況。如圖13中所示，水泵中吸入空氣時(shí)，電機(jī)負(fù)載將減輕，轉(zhuǎn)矩電流Iq1將減少，故電機(jī)施加電壓Vi1將減小，而無功電流Ir保持一定。因此，相位φ1將增大，相對(duì)于施加電壓相位q軸大幅度超前，使得I1的有效電流將減少。
在排水泵被驅(qū)動(dòng)之時(shí)，當(dāng)隨著排水操作的進(jìn)行清洗槽內(nèi)的清洗水被排完時(shí)，排水泵將吸入空氣，排水操作的噪聲將會(huì)增大。因此，當(dāng)檢測(cè)有空氣吸入時(shí)，立即使電機(jī)停止驅(qū)動(dòng)；在停止一段時(shí)間后再次起動(dòng)排水操作。這樣的操作要重復(fù)多次。
在清洗操作的進(jìn)行過程中檢測(cè)到有空氣吸入時(shí)，通過降低電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速，可以減少空氣的吸入量。另外，由于降低轉(zhuǎn)速時(shí)清洗性能也可能下降，因此，可以保持轉(zhuǎn)速不變，而是進(jìn)行補(bǔ)充進(jìn)水，增加清洗水量，也可以降低吸入的空氣量。或者，也可以同時(shí)采取上述兩種措施。
另外，從電機(jī)電流Im和根據(jù)公式4求出的相位φ可以更明確地檢測(cè)空氣吸入的情況，因此，也可以同時(shí)從這兩種數(shù)據(jù)來對(duì)是否吸入了空氣進(jìn)行檢測(cè)、判斷。
另外，吸入空氣后電機(jī)的負(fù)載將減輕，施加到電機(jī)上的電壓(變頻器的輸出電壓)也隨之減小，但是，電機(jī)電流減少后無功電流也將減小，因此接著又發(fā)生增大無功電流的操作。這樣，電流的包絡(luò)線將發(fā)生很大的振動(dòng)，有可能造成電流的振幅值變大，或者造成電流的振幅值變反而變小。因此，在電流振幅減少的場(chǎng)合下進(jìn)行檢測(cè)的話可以提高檢測(cè)精度。
此外，利用檢測(cè)電流或電壓振動(dòng)的裝置來求出包絡(luò)線的最大值和最小值之間的差值的話，能夠?qū)κ欠裎肓丝諝膺M(jìn)行檢測(cè)。
如上所述，本實(shí)用新型的餐具清洗機(jī)中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置通過低成本的電流檢測(cè)裝置來檢測(cè)變頻器電路電流，對(duì)直流無刷電機(jī)進(jìn)行無傳感器正弦波驅(qū)動(dòng)，因此可以省去位置傳感器，且可以提高操作效率，使電機(jī)實(shí)現(xiàn)小型化、薄型化、低振動(dòng)、低成本，并且還可以提高可靠性。
此外，與載波周期上同步、且與大功率晶體管的切換時(shí)機(jī)不重疊地進(jìn)行電流檢測(cè)的話，可以減小切換噪聲的影響。另外，采用3個(gè)分流電阻的話，即使載波頻率處于超聲波頻率中，也能毫無問題地進(jìn)行檢測(cè)。
此外，由于與載波周期同步地進(jìn)行至變頻器輸出電壓基軸的座標(biāo)變換，電流矢量絕對(duì)值、電流相位或無功電流瞬時(shí)就能夠檢測(cè)出來。因此，即使水泵電機(jī)中吸入空氣、負(fù)載發(fā)生急劇變化，也可以實(shí)現(xiàn)高速響應(yīng)，不會(huì)出現(xiàn)失步現(xiàn)象。
另外，由于本實(shí)用新型很容易對(duì)瞬時(shí)電流進(jìn)行檢測(cè)，因此，通過電機(jī)負(fù)載變動(dòng)引起的電機(jī)電流變化就很容易對(duì)是否吸入了空氣進(jìn)行檢測(cè)。
另外，上面雖然以SPM電機(jī)為對(duì)象進(jìn)行了說明，但是，對(duì)于永久磁鐵設(shè)置在轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)部的IPM電機(jī)來說，本實(shí)用新型也可以起到同樣的效果。
另外，上面主要對(duì)將無功電流Isinφ控制成一定進(jìn)行了說明，但是，將有效電流Icosφ及相位φ控制成一定的話也可以達(dá)到基本相同的效果。
綜上所述，在本實(shí)用新型的餐具清洗機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中，交流電力通過整流電路變換成直流電力，電機(jī)由變頻器電路加以驅(qū)動(dòng)，變頻器電路的輸出電流通過電流檢測(cè)裝置來進(jìn)行檢測(cè)；另外，為了達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速，對(duì)變頻器電路進(jìn)行脈寬調(diào)制控制，從而將變頻器電路的輸出電壓、電流相位或無功電流控制成規(guī)定值，因此，對(duì)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)高效率的、無傳感器正弦波驅(qū)動(dòng)。本實(shí)用新型能夠適用于驅(qū)動(dòng)餐具清洗干干燥機(jī)的干燥風(fēng)扇電機(jī)、洗衣干衣機(jī)的干衣風(fēng)扇電機(jī)及浴室水泵電機(jī)等場(chǎng)合下。
權(quán)利要求1.一種餐具清洗機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于包括交流電源；與所述交流電源相連的、將所述交流電源的交流電力變換成直流電力的整流電路；與所述整流電路相連的、將所述整流電路的直流電力變換成交流電力的變頻器電路；與所述變頻器電路相連的電機(jī)，所述電機(jī)由所述變頻器電路加以驅(qū)動(dòng)、并用來驅(qū)動(dòng)清洗泵或排水泵；與所述變頻器電路相連的、檢測(cè)所述變頻器電路的輸出電流的電流檢測(cè)裝置；和分別與所述電流檢測(cè)裝置和所述變頻器電路相連的、通過所述電流檢測(cè)裝置的輸出信號(hào)對(duì)所述變頻器電路進(jìn)行脈寬調(diào)制控制、控制所述電機(jī)達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速的控制裝置，其中，所述變頻器電路的輸出電壓和輸出電流的相位或者無功電流被控制成規(guī)定值。
2.如權(quán)利要求1中的餐具清洗機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述變頻器電路包括6個(gè)晶體管和6個(gè)二極管，構(gòu)成3相全波橋式變頻器電路，所述電流檢測(cè)裝置包括與所述3相全波橋式變頻器電路的下臂晶體管的負(fù)電位端分別連接的多個(gè)分流電阻，通過對(duì)所述分流電阻中流過的電流進(jìn)行檢測(cè)，來檢測(cè)出所述變頻器電路的輸出電流。
3.如權(quán)利要求1中的餐具清洗機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述電機(jī)為扁平狀的、無位置傳感器的直流無刷電機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及餐具清洗機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，可解決電機(jī)厚度增大等問題。其包括交流電源；將交流電源的交流電力變換成直流電力的整流電路；與整流電路相連的、將整流電路的直流電力變換成交流電力的變頻器電路；與變頻器電路相連的電機(jī)，電機(jī)由變頻器電路加以驅(qū)動(dòng)、并用來驅(qū)動(dòng)清洗泵或排水泵；與變頻器電路相連的、檢測(cè)變頻器電路的輸出電流的電流檢測(cè)裝置；和分別與電流檢測(cè)裝置和變頻器電路相連的、通過電流檢測(cè)裝置的輸出信號(hào)對(duì)變頻器電路進(jìn)行脈寬調(diào)制控制、控制電機(jī)達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速的控制裝置，其中，變頻器電路的輸出電壓和輸出電流的相位或者無功電流被控制成規(guī)定值。本實(shí)用新型可省去位置傳感器，使電機(jī)小型化，提高可靠性，降低成本。
文檔編號(hào)H02P7/34GK2815266SQ200420117499
公開日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2004年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月11日
發(fā)明者木內(nèi)光幸, 鈴木將大, 中田秀樹, 吉岡包晴 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社