專利名稱:洗衣干衣機電機驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由多個變頻器電路同時驅(qū)動多個電機的洗衣干衣機電機驅(qū)動裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的這種洗衣干衣機電機驅(qū)動裝置中設(shè)有用于分別驅(qū)動多個電機的多個變頻器電路，旋轉(zhuǎn)滾筒、壓縮機和鼓風(fēng)風(fēng)扇在各自的變頻器電路和電機驅(qū)動下進行旋轉(zhuǎn)。作為現(xiàn)有的洗衣干衣機的專利文獻信息，已知的有(比方說)日本專利申請?zhí)亻_2005-198933號公開公報。
但是，現(xiàn)有的洗衣干衣機電機驅(qū)動裝置中存在著如下的問題。即，在各個變頻器電路進行120度的矩形波驅(qū)動的情況下，會產(chǎn)生很大的噪聲；在進行正弦波驅(qū)動的情況下，雖然詳細的構(gòu)成在上述公報中沒有示出，但由于各個電機的轉(zhuǎn)速、載波頻率、處理器等是互相獨立的，開關(guān)噪聲會與通過正弦波進行的控制過程發(fā)生干涉，實際上很難實現(xiàn)穩(wěn)定的驅(qū)動。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的洗衣干衣機電機驅(qū)動裝置包括將交流電源的交流電力變換成直流電力的整流電路；將所述整流電路的直流電力變換成交流電力的多個變頻器電路；驅(qū)動旋轉(zhuǎn)滾筒的第1電機；驅(qū)動干衣用熱泵中的壓縮機的第2電機；驅(qū)動用于向干衣用熱泵的熱交換器進行鼓風(fēng)的鼓風(fēng)風(fēng)扇的第3電機；和通過1個處理器對所述多個變頻器電路進行控制的控制單元。所述控制單元對所述第1至第3電機同時進行正弦波驅(qū)動。
附圖簡述圖1為本發(fā)明實施例1的電機驅(qū)動裝置的方框圖，圖2為其中的變頻器電路的控制電路框圖，
圖3為上述電機驅(qū)動裝置中的表面磁鐵式電機的矢量圖，圖4為上述電機驅(qū)動裝置中的埋入磁鐵式電機的矢量圖，圖5為上述電機驅(qū)動裝置中的脈寬調(diào)制控制單元和模數(shù)變換單元的詳細方框圖，圖6為上述電機驅(qū)動裝置的電機4A、4C的電流檢測時序圖，圖7為上述電機驅(qū)動裝置的電機4A、4B的電流檢測時序圖，圖8為上述電機驅(qū)動裝置的載波信號中斷子程序流程圖，圖9為本發(fā)明實施例2中的模數(shù)變換單元的方框圖，圖10為該電機驅(qū)動裝置中的電流檢測時序圖，圖11為本發(fā)明實施例3中的電機驅(qū)動裝置的方框圖。
具體實施方式下面參照附圖來對本發(fā)明的一些實施例進行詳細說明。需要指出的是，這樣的實施例并不具有限定本發(fā)明范圍的作用。
(實施例1)圖1中示出了本發(fā)明第1實施例中的洗衣干衣機電機驅(qū)動裝置的方框圖。
圖1中，全波整流電路20和電解電容器21構(gòu)成了整流電路2，從交流電源1加到整流電路2上的交流電力先被變換成直流電力，這樣的直流電力再由第1變頻器電路3A、第2變頻器電路3B及第3變頻器電路3C重新變換成3相交流電力，對旋轉(zhuǎn)滾筒驅(qū)動電機(第1電機)4A、壓縮機驅(qū)動電機(第2電機)4B及鼓風(fēng)風(fēng)扇驅(qū)動電機(第3電機)4C進行驅(qū)動。
整流電路2中雖然只示出了設(shè)置1個電解電容器21的例子，但是，在單相100V輸入的情況下，使用多個電解電容21的全波倍壓整流電路方式較為實用，而且還可以設(shè)置上升壓電路。另外，圖中雖然為了簡潔起見沒有示出扼流圈，但是，為了減少電壓脈動、降低高次諧波，實際上有必要設(shè)置上扼流圈。
第1變頻器電路3A驅(qū)動旋轉(zhuǎn)滾筒驅(qū)動電機4A、進而驅(qū)動旋轉(zhuǎn)滾筒5旋轉(zhuǎn)。第2變頻器電路3B驅(qū)動壓縮機驅(qū)動電機、進而驅(qū)動壓縮機6旋轉(zhuǎn)。第3變頻器電路3C驅(qū)動鼓風(fēng)風(fēng)扇驅(qū)動電機4C，驅(qū)動鼓風(fēng)風(fēng)扇7旋轉(zhuǎn)，向旋轉(zhuǎn)滾筒5內(nèi)送入暖風(fēng)或者冷風(fēng)，使旋轉(zhuǎn)滾筒5內(nèi)的衣物變干。
另外，本實施例中的旋轉(zhuǎn)滾筒5的旋轉(zhuǎn)軸雖然是呈水平狀的，但并不是一定要限定成水平狀，也可以例如使前側(cè)相對于水平方向翹起0至45度左右，形成衣物容易投入/取出的構(gòu)造；或者，也可以設(shè)置成一般稱為“立式洗衣機”的構(gòu)造，將旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置成接近鉛垂?fàn)顟B(tài)。另外，旋轉(zhuǎn)滾筒5內(nèi)可以設(shè)置上其它的旋轉(zhuǎn)體如稱為波輪及攪拌器等的旋轉(zhuǎn)翼，所述旋轉(zhuǎn)翼等旋轉(zhuǎn)體可以由旋轉(zhuǎn)滾筒驅(qū)動電機4A產(chǎn)生的機械輸出力經(jīng)離合器等切換機構(gòu)加以驅(qū)動。
旋轉(zhuǎn)滾筒驅(qū)動電機4A、壓縮機驅(qū)動電機4B及鼓風(fēng)風(fēng)扇驅(qū)動電機4C分別由永久磁鐵同步電機構(gòu)成。轉(zhuǎn)子位置傳感器40a對旋轉(zhuǎn)滾筒驅(qū)動電機4A的轉(zhuǎn)子位置進行檢測，與轉(zhuǎn)子磁極位置相對應(yīng)地每隔60度電角輸出轉(zhuǎn)子位置信號。旋轉(zhuǎn)滾筒驅(qū)動電機4A被與所述轉(zhuǎn)子位置信號同步地進行正弦波驅(qū)動。
另一方面，壓縮機驅(qū)動電機4B和鼓風(fēng)風(fēng)扇驅(qū)動電機4C中沒有設(shè)置轉(zhuǎn)子位置檢測單元，上述壓縮機驅(qū)動電機4B和鼓風(fēng)風(fēng)扇驅(qū)動電機4C被以無位置傳感器正弦波驅(qū)動方式進行旋轉(zhuǎn)控制。
控制單元8用于對變頻器電路3A、3B、3C進行控制，其中包括與第1變頻器電路3A的下臂開關(guān)晶體管(圖中未示出)的發(fā)射極端子分別連接的三支路式第1電流檢測單元80A；與第2變頻器電路3B的下臂開關(guān)晶體管(圖中未示出)的發(fā)射極端子分別連接的三支路式第2電流檢測單元80B；與第3變頻器電路3C的下臂開關(guān)晶體管(圖中未示出)的發(fā)射極端子分別連接的三支路式第3電流檢測單元80C；檢測整流電路2的直流電壓的直流電壓檢測單元81；和根據(jù)轉(zhuǎn)子位置傳感器40a的轉(zhuǎn)子位置信號、電流檢測單元80A、80B、80C的輸出信號及直流電壓檢測單元81的輸出信號對變頻器電路3A、3B、3C分別進行控制的處理器82。
本實施例中的處理器82使用了微電腦，該微電腦的內(nèi)部設(shè)有將3個電流檢測單元80A、80B、80C檢測出的3個電機電流的模擬信號變換成數(shù)字信號的第1模數(shù)變換單元800A、第2模數(shù)變換單元800B、第3模數(shù)變換單元800C；和對變頻器電路3A、3B、3C進行脈寬調(diào)制(PWM)控制的第1脈寬調(diào)制控制單元810A、第2脈寬調(diào)制控制單元810B、和第3脈寬調(diào)制控制單元810C。
另外，處理器82中也可以分別設(shè)置多組脈寬調(diào)制控制單元和模數(shù)變換單元，每一組只對1個3相電機進行控制。
如上所述，處理器82中設(shè)有數(shù)量與被控制的電機數(shù)相等(本實施例1中為3個)的模數(shù)變換單元800A、800B、800C，各個模數(shù)變換單元在封裝有例如半導(dǎo)體芯片的外殼上設(shè)有多個可以輸入模擬信號的端子，將各個輸入端子上的模擬信號分別變換成比方說8位數(shù)字數(shù)據(jù)，成為可以在處理器82內(nèi)進行處理的處理值。在實際的電路構(gòu)成中，用于將模擬信號變換成數(shù)字信號的模數(shù)變換單元可以只設(shè)置1個，再將輸入到其中的模擬信號依次進行切換。這樣，看起來就象有多個模數(shù)變換單元在進行操作。
在微電腦以外，也可以將數(shù)字信號處理器(簡稱DSP)或者場可編程門陣列(簡稱FPGA)等作為處理器來使用。另外，還可以將由DSP及FPGA等進行的電機控制部分的信號處理的部分、和進行順序控制的微電腦加以組合后，形成處理單元。特別是在1個芯片中使用具有這種組合構(gòu)成的處理器的情況下，構(gòu)成部件的數(shù)量也能夠得到抑制，具有極其有效的作用。
對于這樣的眾多的脈寬調(diào)制控制單元和模數(shù)變換單元而言，采用全部都作為處理器組合到1個芯片上的器件是非常有利的。在數(shù)量不足或者含有需要進行高速控制的電機的情況下，還可以使用外置集成電路等來進行補充。
在上述的處理器82的任一種構(gòu)成中，有很多(比方說)將座標(biāo)變換及反饋等各種子程序等程序及正弦波數(shù)據(jù)等軟件在3個電機之間共享等可以進行合理化的情況。因此，可以實現(xiàn)一邊檢測多個電機的電流，一邊對第1變頻器電路3A、第2變頻器電路3B和第3變頻器電路3C同時進行控制，從而可以將旋轉(zhuǎn)滾筒驅(qū)動電機4A、壓縮機驅(qū)動電機4B和鼓風(fēng)風(fēng)扇驅(qū)動電機4C控制在互不相同的旋轉(zhuǎn)速度上。
在進行干衣操作時，當(dāng)壓縮機驅(qū)動電機4B驅(qū)動具有雙活塞構(gòu)成的壓縮機6旋轉(zhuǎn)時，經(jīng)壓縮后成為高溫的致冷劑(例如R134a致冷劑)通過設(shè)在將旋轉(zhuǎn)滾筒5和鼓風(fēng)風(fēng)扇7之間加以連通的循環(huán)通道上的熱交換器9對流過的空氣進行加熱，起到冷凝單元的作用。加熱后的空氣被供給到旋轉(zhuǎn)滾筒5中。相反，同樣設(shè)在循環(huán)通道上的熱交換器10則起到蒸發(fā)單元的作用，通過毛細管11發(fā)生膨脹、成為低溫的致冷劑對從旋轉(zhuǎn)滾筒5排出的潮濕空氣進行冷卻，執(zhí)行除濕操作。這樣，可以構(gòu)成干衣用熱泵12，不但對能源可以進行有效的使用，而且可以將干燥后的空氣吹入到旋轉(zhuǎn)滾筒5內(nèi)，得到極其良好的干衣性能。
另外，雖然本實施例的干衣用熱泵12中的致冷劑使用的是氟里昂代用致冷劑R134a，但是也可以采用其它物質(zhì)，如將CO2壓縮到超臨界狀態(tài)后再使用等。在這樣的情況下，熱交換器9也被稱作氣體冷卻器。
另外，在本實施例中，由于鼓風(fēng)風(fēng)扇7設(shè)置在從熱交換器10向熱交換器9輸送空氣的管道中段的構(gòu)成，穿過熱交換器10的低溫空氣接著又從冷卻風(fēng)扇7中穿過，因此具有以下特點，即，因冷卻風(fēng)扇驅(qū)動電機4C的損耗而產(chǎn)生的發(fā)熱能夠被有效地得到冷卻，或者說其損耗能夠用來對進入熱交換器9之前的空氣進行加熱，能夠作為加熱功率起到有效的作用。另外，就冷卻風(fēng)扇7的位置而言，象本實施例中的那樣設(shè)置在從熱交換器10至熱交換器9的之間不是絕對條件，設(shè)在其它部分上也是可以的，只要設(shè)在將熱交換器9、10和旋轉(zhuǎn)滾筒5加以聯(lián)接的空氣通道中的某一處上就可以。
另外，這里的壓縮機6采用了雙活塞式壓縮機，這種壓縮機比起單活塞結(jié)構(gòu)來負載轉(zhuǎn)矩的脈動小，這樣即使處理器82中進行的計算的頻度/精度等不算太高，也可望使旋轉(zhuǎn)速度保持穩(wěn)定，并且降低噪聲。但是，如果振動方面等沒有問題的話，采用單活塞或者渦旋式等壓縮機也是可以的。
第1變頻器電路3A用于對旋轉(zhuǎn)滾筒驅(qū)動電機4A進行矢量控制。雖然并沒有特地示出其控制框圖等，其控制過程如下。由旋轉(zhuǎn)滾筒驅(qū)動電機4A的位置傳感器40a檢測出轉(zhuǎn)子永久磁鐵的位置，從第1電流檢測單元80A經(jīng)第1模數(shù)變換單元800A檢測出旋轉(zhuǎn)滾筒驅(qū)動電機4A的相電流，再將檢測出的電機4A的3相交流電流朝轉(zhuǎn)子永久磁鐵的d軸方向和與之垂直的q軸方向的矢量進行d-q座標(biāo)變換，計算出q軸電流、和d軸電流Id。然后，根據(jù)電機4A的檢測速度和設(shè)定速度之差設(shè)定q軸電流設(shè)定值Iqs，根據(jù)電機4A設(shè)定速度設(shè)定d軸電流設(shè)定值Ids后，對q軸電壓矢量Vq和d軸電壓矢量Vd進行控制，使得由d-q座標(biāo)變換求得的q軸電流Iq和d軸電流Id等于各自的設(shè)定值Iqs、Ids。最后，從d-q座標(biāo)向3相交流電壓座標(biāo)進行逆變換后，使脈寬調(diào)制控制單元810A工作，對第1變頻器電路3A進行脈寬調(diào)制控制，從而對旋轉(zhuǎn)滾筒驅(qū)動電機4A實現(xiàn)矢量控制。
另外，在旋轉(zhuǎn)滾筒驅(qū)動電機4A采用的是表面磁鐵電機的情況下，也可以通過不檢測電流的開環(huán)矢量控制計算出電流值后進行控制。
第2變頻器電路3B用于對壓縮機驅(qū)動電機4B進行控制。由第2電流檢測單元80B檢測出壓縮機驅(qū)動電機4B的電機電流，檢測結(jié)果被讀入到處理器82中。處理器82進行無位置傳感器正弦波驅(qū)動，對第2變頻器電路3B的輸出電壓的大小進行控制，使無功電流成分成為規(guī)定值，向壓縮機驅(qū)動電機4B中供給正弦波電流。
第3變頻器電路3C對鼓風(fēng)風(fēng)扇驅(qū)動電機4C進行控制。由第3電流檢測單元80C檢測出鼓風(fēng)風(fēng)扇驅(qū)動電機4C的電機電流，其檢測結(jié)果被讀入到處理器82中。處理器82也進行無位置傳感器正弦波驅(qū)動，對第3變頻器電路3C的輸出電壓的大小進行控制，使無功電流成分成為規(guī)定值，向鼓風(fēng)風(fēng)扇驅(qū)動電機4C中供給正弦波電流。
由于一般的永久磁鐵同步電機的旋轉(zhuǎn)速度為驅(qū)動頻率f除于轉(zhuǎn)子磁極對數(shù)np得到的值，因此，將驅(qū)動頻率f固定成規(guī)定值之后，壓縮機驅(qū)動電機4B和冷卻風(fēng)扇電機4C的旋轉(zhuǎn)速度就將成為與電源電壓變化及負載變化無關(guān)的規(guī)定值。
這里，由于第1變頻器電路3A、第2變頻器電路3B和第3變頻器電路3C對交流電源1和整流電路2進行了共享，因此，在干衣操作過程中當(dāng)裝有洗滌物的旋轉(zhuǎn)滾筒5開始旋轉(zhuǎn)或者停止旋轉(zhuǎn)時，在洗滌物的負載阻力等作用下，直流電源電壓的變化非常大。但是，在本實施例中，通過在將驅(qū)動頻率固定在規(guī)定值上、并且使無功電流成為規(guī)定值的方式對壓縮機驅(qū)動電機4B和鼓風(fēng)風(fēng)扇驅(qū)動電機4C進行控制，可以使分別驅(qū)動壓縮機6和鼓風(fēng)風(fēng)扇7的壓縮機驅(qū)動電機4B和鼓風(fēng)風(fēng)扇驅(qū)動電機4C的旋轉(zhuǎn)速度與直流電源的電壓變化無關(guān)地固定在規(guī)定值上。因此，從壓縮機6和鼓風(fēng)風(fēng)扇7發(fā)生的噪聲不會發(fā)生變化，從而可以消除因旋轉(zhuǎn)速度變化而產(chǎn)生的刺耳的噪聲變化。
圖2為對本發(fā)明第1實施例中的第2變頻器電路3B進行控制的處理器82的控制系統(tǒng)方框圖。對于第3變頻器電路3C，也進行完全相同的控制。
圖3為本發(fā)明第1實施例中的控制矢量圖，其中示出了表面磁鐵電機中的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸(d-q軸)和變頻器輸出電壓軸(a-r軸)之間的關(guān)系。其中，電機電流I被分解成與變頻器輸出電壓Va同方向的軸(a軸)的成分Ia、和與變頻器的輸出電壓軸(a軸)垂直的r軸成分Ir。設(shè)，電流I和電壓Va之間的相位為φ，電流I和感應(yīng)電壓Em之間的相位為γ，電壓Va和感應(yīng)電壓Em之間的相位(內(nèi)部相位差角)為δ。在表面磁鐵電機中，將無功電流Ir或者有效電流Ia控制成使電流相位比q軸稍稍遲一點的話，可以實現(xiàn)穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)控制。在負載變化較少的情況下，對無功電流Ir和有效電流Ia之比(功率因數(shù))或者對功率因數(shù)角φ進行控制也是可以的。
圖4中示出了本發(fā)明第1實施例中采用埋入式永久磁鐵同步電機(也稱作IPMSM)時使電流相位比q軸超前β角時的工作狀態(tài)下的矢量圖。在采用矢量圖與圖3若有不同的埋入式永久磁鐵同步電機的情況下，電感值L不呈一定值，d軸方向和q軸方向有很大的不同，Lq(q軸電感)＞Ld(d軸電感)，產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。
這樣，在電流相位比q軸超前β角的條件下，也可以在高轉(zhuǎn)矩下進行穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)，條件是對于電流I的相位比電壓Va(a軸)稍稍遲一點。
這樣，在采用埋入式永久磁鐵同步電機的情況下，通過對無功電流Ir進行控制，也可以實現(xiàn)富有穩(wěn)定性的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動控制。
在圖2中，與三支路式第2電流檢測單元80B的UVW各相對應(yīng)的輸出信號veu、vev、vew被輸入到模數(shù)變換單元800B中，模數(shù)變換單元800B將與各相電流相對應(yīng)的電流信號Iu、Iv、Iw加到3相/2相母線軸變換單元801B中。3相/2相母線軸變換單元801B將3相電流變換成2相電流后，朝變頻器輸出電壓軸進行座標(biāo)變換，即根據(jù)下面的公式1進行運算，求出有效電流成分Ia和無功電流成分Ir。
IrIa=cosθsinθ-sinθcosθ×23×1-12-12032-32IuIvIw]]>=23×cosθcos(θ-2π/3)cos(θ-4π/3)-sinθ-sin(θ-2π/3)-sin(θ-4π/3)IuIvIw]]>3相/2相母線軸變換單元801B的無功電流成分輸出信號Ir、和從驅(qū)動條件設(shè)定單元802B經(jīng)無功電流設(shè)定單元803B輸出的無功電流設(shè)定信號Irs加到電流比較單元804B上，由電流比較單元804B得出Irs和Ir之間的誤差信號ΔIr，并加到誤差信號運算單元805B上。誤差信號運算單元805B對誤差信號ΔIr進行比例積分運算，輸出電壓補正信號ΔVa。上述的驅(qū)動條件設(shè)定單元802B用于輸出與旋轉(zhuǎn)速度和負載轉(zhuǎn)矩相對應(yīng)的電機驅(qū)動條件，通過開環(huán)式旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定單元806B設(shè)定驅(qū)動頻率f，再通過V/f設(shè)定單元807B設(shè)定與驅(qū)動頻率f相對應(yīng)的施加電壓，將電機施加電壓和驅(qū)動頻率之比亦即V/f值加以設(shè)定，并輸出至輸出電壓補正單元808B中。
輸出電壓補正單元808B在由旋轉(zhuǎn)速度N和感應(yīng)電壓常數(shù)Ke求得的感應(yīng)電壓上乘上規(guī)定的系數(shù)(施加電壓常數(shù)kr)，加上電壓補正信號ΔVa，利用下面的公式3求出變頻器輸出電壓Va，并由2相/3相母線軸逆變換單元809B根據(jù)公式2計算出UVW各相的輸出電壓信號Vu、Vv、Vw。如公式3中所示，電壓補正信號ΔVa可以通過在誤差信號ΔIr上乘上正比常數(shù)Kp后的值、與在誤差信號ΔIr的積分值上乘上積分常數(shù)Ks后的值之和求出。
VuVvVw=23×10-1232-12-32cosθ-sinθsinθcosθVrVa]]>=23×cosθ-sinθcos(θ-2π/3)-sin(θ-2π/3)cos(θ-4π/3)-sin(θ-4π/3)VrVa]]>[公式3]Va＝N×Ke×kr+ΔVa＝N×Ke×kr+Kp×ΔIr+Ks×∫ΔIr由于變頻器輸出電壓軸(a-r軸)中的r軸電壓成分Vr為零，故在公式3中只對Va進行計算即可，故具有運算簡單的特點。脈寬調(diào)制控制單元810B與正弦波輸出電壓相對應(yīng)地進行脈寬調(diào)制控制，通過具有超聲波頻率的三角波載波信號進行調(diào)制，輸出對6個開關(guān)晶體管進行控制的變頻器控制柵極信號GB。直流電壓檢測單元81用于檢測整流電路2的直流電壓Edc，對脈寬調(diào)制控制單元810B的調(diào)制度M進行控制。通過將調(diào)制度M控制成與直流電壓Edc成反比，即使直流電源電壓發(fā)生變化，也能得到一定的變頻器輸出電壓，從而可以防止因電壓變化而出現(xiàn)的過調(diào)及失步。
亦即，正弦波驅(qū)動的輸出電壓Vo可以用下面的公式4來表示，調(diào)制度M一定的話，輸出電壓將與直流電壓Edc成正比地發(fā)生變化。這樣，如公式5中所示的那樣，通過將調(diào)制度M按照基準直流電壓Eds與直流電壓Edc之比變換成M1的話，可以得到一定的輸出。
V0＝Edc×M×sinωt
M1=EdsEdcM]]>但是，在死區(qū)時間td的影響下，輸出電壓Vo具有如公式6中所示的那樣與直流電壓Edc基本成正比地發(fā)生下降的傾向。當(dāng)使調(diào)制度M1與直流電壓Edc成反比之后，輸出電壓Vo會發(fā)生下降。因此，對于輸出電壓，需要進行與死區(qū)時間相對應(yīng)的補正。比較簡單的補正方法可以是，加上與死區(qū)時間相當(dāng)?shù)拿}寬調(diào)制占空比。
Vo=Edc×(M1×sinωt-tdpwmo)]]>使無功電流Ir成為設(shè)定值Irs的變頻器輸出電壓控制方法、亦即把無功電流控制成一定的方式的特點在于，即使驅(qū)動頻率控制成一定，電流相位φ或者內(nèi)部相位差角δ也會根據(jù)負載變化自動地變化。通過對Ir和Irs的誤差信號ΔIr進行積分控制，控制將會變得穩(wěn)定，對于從最大負載到無負載的負載變化都能進行穩(wěn)定的操作。
這樣，就壓縮機6而言，在剛剛起動后熱交換器9的溫度還沒有充分上升等狀態(tài)下，也能實現(xiàn)穩(wěn)定的操作。另外，就鼓風(fēng)風(fēng)扇7而言，在排氣口被衣物堵塞、旋轉(zhuǎn)滾筒5中裝滿了衣物因此風(fēng)量幾乎沒有等狀態(tài)下，也都能實現(xiàn)穩(wěn)定的操作。
一般來說，壓縮機驅(qū)動電機的旋轉(zhuǎn)速度被設(shè)定在6000轉(zhuǎn)/分至8000轉(zhuǎn)/分上，壓縮機驅(qū)動電機使用的是凸極性埋入式磁鐵電機(IPM電機)，通過超前角控制方式進行高速旋轉(zhuǎn)控制。
在發(fā)明人進行的驗證實驗中，產(chǎn)生了以下效果。在電流相位為β＝25至30度左右的條件下，轉(zhuǎn)矩對于電流而言達到最大，銅損對于輸出而言幾乎可以達到最小。另外，在銅量為一定的條件下，在使第2電機4B的繞組圈數(shù)發(fā)生變化、將從第2變頻器電路3B的最大供給電壓抑制在與整流電路2的輸出電壓相對應(yīng)的一定值之下的情況下，如果將電流相位設(shè)定在β＝45度左右的超前角條件下的話，從第2變頻器電路3B提供的電流將成為最小，構(gòu)成第2變頻器電路3B的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)等開關(guān)元件也可以使用電流容量小、廉價的器件，第2變頻器電路3B的損失也能得到降低。
因此，采用本實施例之后，通過將無功電流的設(shè)定值設(shè)定成使β成為25至45度之間的選定值，就可以實現(xiàn)低成本、高效率的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動控制。
但是，除了對無功電流進行控制的構(gòu)成以外，也可以采用將相位φ控制成一定、或者將有效電流Ia控制成一定的構(gòu)成。在直流電源電壓Edc的脈動較大、交流電壓的零電壓附近的直流電壓發(fā)生下降等情況下，由于超前角將會變得過大，造成旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，因此，需要根據(jù)直流電壓Edc對調(diào)制度進行控制，避免出現(xiàn)過度超前的情況。
在將有效電流設(shè)定成一定的情況下，如果驅(qū)動頻率一定的話，對于負載變化的控制性能會出現(xiàn)下降的傾向。但是，在正常的操作中，由于將旋轉(zhuǎn)速度控制成一定就能保證規(guī)定的壓縮操作及風(fēng)量，故操作不會出現(xiàn)問題。
在本實施例中，由于控制單元8是通過1個處理器82對3個變頻器電路3A、3B、3C進行控制，故設(shè)有3個脈寬調(diào)制控制單元810A、810B、810C和用于將由3個電流檢測單元80A、80B、80C檢測到的3個電機電流的模擬信號變換成數(shù)字信號的3個模數(shù)變換單元800A、800B、800C。模數(shù)變換單元800A、800B、800C均與脈寬調(diào)制控制單元810A、810B、810C同步地進行模數(shù)變換，而3個脈寬調(diào)制控制單元810A、810B、810C也相互一邊與載波相位取得同步，一邊進行操作。
圖5為本發(fā)明第1實施例的控制單元8中的模數(shù)變換單元800A、800B、800C和脈寬調(diào)制控制單元810A、810B、810C的方框圖。
為了使從電流檢測單元80A、80B、80C輸出的各個模擬輸出信號Vsa、Vsb、Vsc處于GND至5V的范圍內(nèi)，且具有適度的電壓振幅，模數(shù)變換單元800A、800B、800C的構(gòu)成中均在輸入部分中設(shè)置了相當(dāng)于3個相的放大器8001A、8001B、8001C，進行若干的電平位移、放大和降噪處理。在本實施例中，在放大器8001A、8001B、8001C之后都是共用的，從而可以形成合理的構(gòu)成。
具體說來，上述的模數(shù)變換單元的構(gòu)成中設(shè)置有能夠?qū)敵鲞M行選擇的多路復(fù)合器800D、和用于將模擬信號變換成數(shù)字信號的3個模數(shù)變換單元800U、800V、800W。
這里，電流檢測單元80A、80B、80C的模擬輸出信號Vsa、Vsb、Vsc中分別包含3個相的電流Iu、Iv、Iw，故總共將有9個模擬信號被輸入到多路復(fù)合器800D中。多路復(fù)合器800D根據(jù)輸入選擇信號Cs從這9個輸入信號中選擇出3個，并將其輸出；進行選擇時，使同一電機的Iu、Iv、Iw能夠同時被檢測出來。為此，在例如第1電機4A被選擇的情況下，多路復(fù)合器800D的輸出被選擇成能夠從第1電流檢測單元80A得到第1電機4A的3相電流Iu、Iv、Iw，并根據(jù)模數(shù)變換開始信號Ct同時輸入到模數(shù)變換單元800U、800V、800W中，變換成數(shù)字值，得到輸出信號Diu、Div、Diw。
在采用以上構(gòu)成的實施例中，通過使相當(dāng)于3相的1組共3個模數(shù)變換單元800U、800V、800W在時間上錯開后依次工作，起到了3個模數(shù)變換單元800A、800B、800C的作用，可以在數(shù)微秒內(nèi)檢測出3個變頻器電路的輸出電流。但是，這樣的多路復(fù)合器800D也不是必須設(shè)置的，如為了能夠同時檢測出3臺3相電機中的全部電流，當(dāng)然也可以采用設(shè)置9個模數(shù)變換單元的構(gòu)成。另外，在設(shè)有多路復(fù)合器的情況下，也可以采用將3個電機的(比方說)U相電流同時進行變換等結(jié)構(gòu)。
第1脈寬調(diào)制控制單元810A用于對第1變頻器電路3A進行控制，包括產(chǎn)生三角波信號的第1載波信號發(fā)生單元8100A、U相脈寬調(diào)制電路8101ua、V相脈寬調(diào)制電路8101va、和W相脈寬調(diào)制電路8101wa。
U相脈寬調(diào)制電路8101ua包括比較單元8102ua、輸出電壓設(shè)定單元8103ua、和相位補償信號發(fā)生單元8104ua。比較單元8102ua將載波信號發(fā)生單元8100A的輸出信號Ca和輸出電壓設(shè)定單元8103ua的輸出信號加以比較，產(chǎn)生出脈寬調(diào)制信號。相位補償信號發(fā)生單元8104ua對上述脈寬調(diào)制信號先進行信號反轉(zhuǎn)和死區(qū)時間插入等波形處理，然后輸出U相上臂控制信號Gupa和U相下臂控制信號Guna。
V相脈寬調(diào)制電路8101va和W相脈寬調(diào)制電路8101wa也進行同樣的操作，對其的描述在此就省略了。
第2脈寬調(diào)制控制單元810B用于對第2變頻器電路3B進行控制，包括用于產(chǎn)生三角波信號的第2載波信號發(fā)生單元8100B、U相脈寬調(diào)制電路8101ub、V相脈寬調(diào)制電路8101vb、和W相脈寬調(diào)制電路8101wb。
第3脈寬調(diào)制控制單元810C用于對第3變頻器電路3C進行控制，包括用于產(chǎn)生三角波信號的第3載波信號發(fā)生單元8100C、U相脈寬調(diào)制電路8101uc、V相脈寬調(diào)制電路8101vc、和W相脈寬調(diào)制電路8101wc。
由于第2脈寬調(diào)制控制單元810B和第3脈寬調(diào)制控制單元810C的操作情況與第1脈寬調(diào)制控制單元810A中相同，故在此就省略對其的詳細描述。
在本實施例中，由于3個脈寬調(diào)制控制單元810A、810B、810C之間互相同步，故各個載波信號發(fā)生單元8100A、8100B、8100C也同步工作。但是，由于第1電機4A和第3電機4C呈容易發(fā)出可聞頻率的噪聲的構(gòu)造，故載波頻率被設(shè)定為f1＝16kHz那樣的接近可聽頻率的上限、人耳的靈敏度將會變低的較高值上。與此相反，由于第2電機4B呈載波頻率成分的噪聲不易泄漏到外部的構(gòu)造，以及在使用水的洗衣干衣機中需要抑制流過致冷劑的泄漏電流、減少觸電現(xiàn)象，載波頻率被設(shè)定為f2＝4kHz。f1∶f2呈4∶1的整數(shù)比。
因此，在第1、第3載波信號發(fā)生單元8100A、8100C中，時鐘脈沖Cp1、Cp3被設(shè)定為8.192MHz，進行具有8位分辨能力的三角波脈寬調(diào)制。而載波信號發(fā)生單元8100B中使用的是將Cp1及Cp3進行1/4分頻后得到的2.048MHz的信號，在第2載波信號發(fā)生單元8100B內(nèi)的計數(shù)器出現(xiàn)上溢或下溢的時刻將載波信號發(fā)生單元8100A、8100C的初期值設(shè)置成255。這樣，載波信號發(fā)生單元8100A、8100C可以通過與載波信號發(fā)生單元8100B同步的三角波進行操作。
在本實施例中，對于3個脈寬調(diào)制控制單元810A、810B、810C中的每一個而言，設(shè)有獨立的載波信號發(fā)生單元8100A、8100B、8100C，故具有電機控制功能的普通微電腦可以直接加以利用。但是，載波信號發(fā)生單元的構(gòu)成要素也可以比方說通過共享計數(shù)器等處理加以簡化，自動地取得同步的構(gòu)成也可以做得更加合理。
這樣，通過使3個變頻器電路3A、3B、3C的脈寬調(diào)制周期之間取得同步，在所有的晶體管都導(dǎo)通或者截止的固定期間內(nèi)進行電流檢測，就可以不受開關(guān)噪聲影響地進行電流檢測。
圖6為本發(fā)明第1實施例中的脈寬調(diào)制控制單元810A、810C及模數(shù)變換單元800A、800C等各個單元中的操作波形/時序圖，其中的各個波形的標(biāo)記與圖5的方框圖中的標(biāo)記相對應(yīng)。
另外，圖6中雖然只示出了U相的情況，V相、W相也進行與之相同的操作。
載波信號波形Ca、Cc均為三角波，而且是同一信號。當(dāng)用點劃線表示的Vua及Vuc變大時，上臂控制信號Gupa及Gupc的脈寬調(diào)制占空比(導(dǎo)通時間的比例)將增加，下臂控制信號Guna及Gunc的脈寬調(diào)制占空比將減少，變頻器的輸出電壓將會上升。
Ct為與載波信號同步的模數(shù)變換開始信號，Dia為將變頻器電路3A的輸出電流信號進行模數(shù)變換的時序期間，Dic為將變頻器電路3C的輸出電流信號進行模數(shù)變換的時序期間，在下臂晶體管導(dǎo)通時必定進行模數(shù)變換。Vm為輸出電壓極限設(shè)定信號，用于將晶體管設(shè)定成在模數(shù)變換期間不發(fā)生切換，具有對下臂控制信號Gunc的最小脈沖寬度加以限制的作用。這在第1電機4A中也是一樣的。
在圖6中，模數(shù)變換開始信號Ct由于與第2電機4B的載波頻率(4kHz)相對齊，因此只在三角波載波信號Ca、Cc的峰頂處以4次中1次的頻度出現(xiàn)，故只在時刻t1及t2處各出現(xiàn)了1個脈沖。實際上，對于變頻器電路3A、3C而言，通過將電流檢測單元80A、80C的輸出信號Vsa、Vsc通過多路復(fù)合器800D在數(shù)微秒內(nèi)進行切換，對模數(shù)變換單元800U、800V、800W以時間分割的方式加以利用，故兩個電機4A、4C的3相電流均以4個載波1次的頻度幾乎同時地進行模數(shù)變換。
另外，如后面所述的那樣，也可以在4個載波1次的檢測期間不對各個電機4A、4C的3相電流全部進行檢測，而是設(shè)置成以4個載波的2倍(即8個載波周期)或3倍(即12個載波周期)的周期依次對每個電機進行電流檢測。這在模數(shù)變換速度較慢、處理器82的操作跟不上等情況下是很有效的；在同時控制的變頻器電路進一步增加等情況下，通過將電流檢測和座標(biāo)變換分散在4個載波周期內(nèi)進行，就可以解決因電機控制的任務(wù)量增加而在4個載波內(nèi)無法結(jié)束的問題。因此，本實施例具有以下特點即，通過只增加脈寬調(diào)制控制單元和多路復(fù)合器的選擇數(shù)，在不增加芯片占有面積較大的模數(shù)變換單元的情況下，也能增加控制變頻器電路的數(shù)量。
本實施例中設(shè)有可以同時操作的3個模數(shù)變換單元800U、800V、800W，一次可以將1個電機的3相電流同時變換成數(shù)字值。因此，無論從處理速度方面還是從算法方面，都可以進行相當(dāng)有效的操作。
圖7為本發(fā)明的第1實施例中的脈寬調(diào)制控制單元810B、810A及模數(shù)變換單元800B、800A中的各種操作波形的時序圖，其中的各個波形標(biāo)號與圖5的方框圖中的記號互相一致。
另外，這里雖然只使出了U相的情況，V相、W相也進行完全相同的操作。
載波信號Ca和載波信號Cb的周期比正好為1∶4。由于周期比為偶數(shù)倍，故載波信號Cb的波峰和谷底均處于載波信號Ca的峰值處。
這樣，通過在Cb成為峰值的時刻附近一邊使多路復(fù)合器800D操作一邊進行模數(shù)變換，就可以對兩個電機4A、4B的3相電流值在沒有開關(guān)噪聲的期間進行穩(wěn)定的電流檢測。
另外，將電機4A的模數(shù)變換時刻設(shè)定在載波信號Cb的波峰和谷底這兩者的時機上的話，還可以增加數(shù)據(jù)量，提高電流檢測精度，加快響應(yīng)速度。
另外，在周期比為奇數(shù)的情況下，可以通過在Cb的波峰和Ca的波峰處于同一時刻、在Cb的波谷與Ca的波谷處于同一時刻時取得同步，或者在Cb的波峰與Ca的波谷處于同一時刻、Cb的波谷和Ca的波峰處于同一時刻時來取得同步。
通過使以上的載波取得同步，3個脈寬調(diào)制控制單元810A、810B、810C之間也相互同步，并且3個模數(shù)變換單元800A、800B、800C與脈寬調(diào)制控制單元810A、810B、810C同步地進行模數(shù)變換。圖6中所示的時刻t1與圖7中的時刻t1為同一時刻。
圖8為本發(fā)明的第1實施例中的使同時驅(qū)動的3個變頻器電路4A、4B、4C的脈寬調(diào)制控制同步和進行電流檢測和矢量運算的流程圖的一個實例。
在圖6中的t1及t2時刻上及圖7中的t1時刻的時序上，三角波載波Cb將到達波峰相位，從而產(chǎn)生出載波信號中斷信號，在步驟900上開始執(zhí)行載波信號中斷子程序。
在步驟901，判斷控制標(biāo)志有沒有被設(shè)定成表示第1變頻器電路3A的“A”。如果控制標(biāo)志被設(shè)定成“A”，則進至步驟902。
在步驟902中，對第1變頻器電路3A實行電流檢測和模數(shù)變換，然后進至步驟903。在步驟903中，進行3相/2相變換和d-q軸變換，求出d軸電流Id和q軸電流Iq，接著進至步驟904。在步驟904中，將Id、Iq存貯到存儲器中。求出的d軸電流Id和q軸電流Iq在進行電機控制的主操作流程中也要使用，主流程中檢測出q軸電流Iq與q軸電流指令值Iqs之間的誤差信號，再計算出q軸電壓指令值Vq。接著，進至步驟905，調(diào)用主流程中求出的q軸電壓指令值Vq和d軸電壓指令值Vd；在步驟906中進行逆變換，求出變頻器電路3A的各相電壓Vu、Vv、Vw。然后，進至步驟907，將控制標(biāo)志置成“B”，從而在下次進行中斷處理時能夠選中下一個變頻器電路。
接著，進至步驟908，將與變頻器電路3A、3B、3C的各相電壓的相位相對應(yīng)的脈寬調(diào)制控制設(shè)定電壓設(shè)定到所有的輸出電壓設(shè)定單元(8103ua等)中；之后，進至步驟909，從子程序?qū)崿F(xiàn)返回。
返回之后，在步驟901再次判斷所設(shè)定的控制標(biāo)志是不是設(shè)定在“A”上。在經(jīng)過250微秒之后的下一次中斷時，將輪到第2變頻器電路3B，故此時的變頻器電路控制標(biāo)志被設(shè)定為“B”。因此，流程將進至步驟910，判斷所設(shè)定的控制標(biāo)志是不是設(shè)定在“B”。然后，進至步驟911，用上面描述過的針對變頻器電路A的流程幾乎一樣的流程對第2變頻器電路3B進行控制。
由于對壓縮機驅(qū)動電機4B進行的控制如前面所述的那樣為采用無功電流一定方式的無傳感器正弦波驅(qū)動，因此，首先在步驟911中將對第2變頻器電路3B實行電流檢測和模數(shù)變換，然后進至步驟912，進行3相/2相變換和朝施加電壓軸(a-r軸)的座標(biāo)變換，計算出有效電流成分Ia和無功電流成分Ir。接著，在步驟913中將Ia、Ir存儲起來。在主流程中，首先檢測無功電流Ir和設(shè)定值Irs之間的誤差信號，再對施加電壓Va進行比例積分控制。
接下來，進至步驟914，調(diào)用主流程中求出的施加電壓設(shè)定值Vas，在步驟915中進行逆變換，計算出3個相的各相施加電壓，然后進至步驟907，將變頻器控制標(biāo)志設(shè)置下一個的“C”，再進至步驟908、步驟909。
步驟911至步驟915構(gòu)成了第2變頻器電路3B用的步驟群919。步驟群920為第3變頻器電路3C用的步驟群，該步驟群920與第2變頻器電路3B一樣，被設(shè)定成進行無功電流成分的運算等處理。通過在步驟901及步驟910中使控制標(biāo)志成為“C”，故可以實行下一個中斷處理。
在上面所述的流程圖中，以250微秒的間隔對3個電機4A、4B、4C輪番進行控制，其中的任一電機都以750微秒的間隔得到控制。但是，在特別是變頻器驅(qū)動頻率(也叫做電角頻率)很高等情況下，每隔750微秒對3相電壓輸出進行更新的話，有時很難實現(xiàn)良好的正弦波驅(qū)動。
因此，在變頻器驅(qū)動頻率很高的情況下，需要提高處理器82的處理速度，如果能夠在頻率為4kHz的Ct的每個周期中完成所有電機的控制的話，則不會發(fā)生問題。另外，至少將進行2相/3相施加電壓軸逆變換的步驟906、915等設(shè)置成與模數(shù)變換的周期不同，而是總是在Ct的每個周期(250μs周期)設(shè)定瞬時的θ角(電壓相位或轉(zhuǎn)子電角)進行上述操作；此外，對于采用16kHz載波的電機4A、4C而言，只要能夠在每個載波周期(62.5μs)內(nèi)完成處理，則可以將d-q平面上或a-r平面上進行的控制的間隔設(shè)置得稍長一些。即便如此，各個電機的電壓/電流波形也都能基本上保持正弦波，噪聲和振動可以得到抑制。至于上述那些流程圖的具體構(gòu)成，因設(shè)計不同可以有各種各樣的形式。
在本實施例中，雖然需要進行無功電流成分的計算、從與各種設(shè)定值的誤差求出控制量的計算、以及進行用于向第2脈寬調(diào)制控制單元810B發(fā)生輸出的運算，但是，這些計算與對第1變頻器電路3A進行描述時所述的矢量控制有很多類似點。比方說，在求出有效電流和無功電流的計算中，一般用作矢量控制的角度θ在采用以d軸或者q軸為基準的旋轉(zhuǎn)角、和以第2變頻器電路3B的輸出電壓軸(a軸)為基準的相位角時會有所不同，但是，作為控制方框圖的構(gòu)成部件可以實現(xiàn)通用。因此，相對于在每個電機設(shè)置上單獨的處理器進行驅(qū)動的構(gòu)成而言，由于會出現(xiàn)可以共享的軟件等，故可以抑制存儲器的浪費，將多個電機的正弦波驅(qū)動統(tǒng)合在1個處理器82中，可以達到非常好的效果。
另一方面，即使在采用通過多個處理器對各個變頻器電路進行驅(qū)動的構(gòu)成的情況下，只要將載波頻率除于整數(shù)比，使用信號傳達通道使載波實現(xiàn)同步，也可以進行同樣的操作。但是，由于存在著需要高速信號傳達通道等問題，實現(xiàn)起來困難較大，制造成本也高。
對于各個電機而言，根據(jù)從電流檢測單元送入到模數(shù)變換單元中的電流值數(shù)據(jù)，除了q軸電流、d軸電流、無功電流和有效電流之外，還可以計算出各部分的功率。比方說，各個電機的輸入(功率)可以進行過2相變換的各個變頻器電路的輸出電壓Va、輸出電流I和功率因數(shù)通過Va·I·cosφ的計算式求出；三相電源功率的計算也可以將基本線間電壓和1相的線電流的積乘于1.732來求出。
另外，在采用表面磁鐵電機的情況下，電機輸出(機械功率)也可以通過在q軸電流和角速度ω的積上乘于常數(shù)(與永久磁鐵產(chǎn)生的鎖交磁通量的值相當(dāng))來求出。
此外，就對各個變頻器電路的輸入功率(電功率)而言，可以通過在由直流電壓檢測單元81檢測出的變頻器輸入直流電壓值上乘于電流檢測單元的平均輸出值(模數(shù)變換值乘于導(dǎo)通時間比得到的積)等方法來求出。在希望進行對各個電機的上限功率、或者洗衣干衣機的合計耗電量的上限進行限制等控制中，也可以使用這樣的方法。
特別是在采用向變頻器電路輸出電壓軸(a-r軸)進行座標(biāo)變換的無功電流一定方式的情況下，由于從有效電流Ia(＝I/cosφ)和變頻器輸出電壓Va的積可以瞬時地計算出電機輸入功率，因此具有能通過對旋轉(zhuǎn)滾筒驅(qū)動電機或者壓縮機驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速進行控制將交流輸入控制在規(guī)定值之下的特點。
(實施例2)圖9為本發(fā)明第2實施例中的模數(shù)變換單元的結(jié)構(gòu)圖，圖10為其操作波形圖，其它部分的構(gòu)成及操作情況與第1實施例中相同，構(gòu)成了一臺熱泵式洗衣干衣機。
在圖9中，隨著輸入到多路復(fù)合器800E中的Cs信號以U、V、W的順序發(fā)生變化時，模數(shù)變換單元800A、800B、800C將模數(shù)變換單元850A作為第1電機4A專用，使Iu、Iv、Iw在Cs信號的控制下依次不斷地發(fā)生切換，輸出數(shù)字信號Dia。
另外，第2電機4B、第3電機4C也一樣，分別由模數(shù)變換單元850B、850C來按照電機不同來承擔(dān)。
在圖10中，當(dāng)16kHz的三角波的載波Ca到達波峰相位的時刻t0時，由中斷信號產(chǎn)生出上溢脈沖信號Ct，對于所有電機4A、4B、4C都將共同地設(shè)定Vm值。這樣，如Guna的高電平期間所示的那樣，下臂開關(guān)元件為處于可靠的導(dǎo)通狀態(tài)的期間。
另外，由于第2電機4B的載波頻率為與實施例1中相同的4kHz，故Ct信號不是在Ca的每個波峰處發(fā)生，其發(fā)生頻度為每4個Ca波峰發(fā)生1次。
另外，由于第3電機4C的載波頻率與實施例1中一樣為16kHz這樣的高值，因此，由這樣的載波頻率引起的刺耳噪聲很小。
在期間te中，第1電機4A的3個相的電流Iu、Iv、Iw被依次進行模數(shù)變換，并依次作為Dia信號輸出，電機4B、4C也同樣地通過Dib、Dic信號輸出。同時，模數(shù)變換單元850B、850C中以U相、V相、W相的順序不斷進行變換操作。
雖然在圖中沒有示出，Cb為波峰高度為255、且比起Ca來傾斜更為緩慢的三角波，故在使用與第1電機4A中相同的Vm值的情況下，下臂開關(guān)元件的導(dǎo)通期間將從Ct的發(fā)生時刻在前后方向上幾乎擴大4倍，在第2變頻器電路3B中不進行會對進行模數(shù)變換會造成影響的切換。
這樣，在載波頻率為較低的4kHz時，第2電機4B中的Vm可以使用比第1電機4A中稍高的Vm值。特別是，壓縮機驅(qū)動電機4B的圈數(shù)較多，在希望減小電流值的情況下，這是比較有利的。
另外，在從Ca達到Vm至產(chǎn)生出Ct之間具有相當(dāng)長的時間，即使在考慮死區(qū)時間Td及各開關(guān)元件的操作延遲時間之后還有足夠時間的情況下，也可以在Ca的波峰相位之前的時刻開始執(zhí)行模數(shù)變換操作。例如，也可以在與產(chǎn)生出送給三個變頻器3A、3B、3C的合計9個下臂開關(guān)元件內(nèi)最后發(fā)生導(dǎo)通的開關(guān)元件的信號的時刻同時產(chǎn)生出中斷信號，并在從這一時刻起經(jīng)過意在避開開關(guān)噪聲的規(guī)定延遲時間之后，開始進行模數(shù)變換。這在模數(shù)變換的時間不足等情況下，可以起到非常有效的作用。
雖然本實施例2中的模數(shù)變換單元的數(shù)量與實施例1中一樣也是3個，但是，也可以只設(shè)置一個模數(shù)變換單元，再通過多路復(fù)合器來實現(xiàn)分別檢測多個電機的電流值的多個模數(shù)變換單元。
另外，在本實施例2中，由于第1電機4A中設(shè)置上位置檢測單元40a后進行矢量控制，因此，即使在旋轉(zhuǎn)滾筒5內(nèi)的衣物狀態(tài)發(fā)生變化等情況下，也能高精度地進行d-q座標(biāo)變換，這對于降低噪聲及振動是有利的。但是，即使進行無位置檢測單元的矢量控制、或者與電機4B、4C中一樣進行使無功電流成為一定的控制方式也是可以的。
另外，通過對第2電機4B和第3電機4C進行使無功電流成為一定的控制，即使在整流電路2的直流供給電壓因第1電機4A中的負載變化而發(fā)生變化的情況下，旋轉(zhuǎn)速度也能保持穩(wěn)定，起到很好的降噪效果。但是，對第2電機4B和第3電機4C采用先檢測無功電流值再進行控制的方式也不是絕對必要的，對于第2電機4B及第3電機4C也可以采用矢量控制，或者在第2電機4B及第3電機4C中設(shè)置上位置檢測單元后進行正弦波驅(qū)動。
在這樣的情況下，同樣可以起到通過1個處理器82實現(xiàn)控制、防止電機間的相互開關(guān)噪聲、實現(xiàn)穩(wěn)定的正弦波驅(qū)動的效果。
(實施例3)圖11中示出了本發(fā)明第3實施例中的洗衣干衣機的方框圖。與實施例1的不同點在于，去掉了第1電流檢測單元80A，處理器82中也省去了用于檢測第1電機4A的電流Vsa的模數(shù)變換單元800A。其它的電路構(gòu)成與第1實施例中相同。
在本實施例3中，對于旋轉(zhuǎn)滾筒驅(qū)動電機4A不進行矢量控制或無功電流一定控制，而是采用了以下的方法根據(jù)比方說從位置檢測單元40a送來的位置檢測信號求出轉(zhuǎn)子位置和實際速度，再結(jié)合設(shè)定速度、衣物量等數(shù)據(jù)從對應(yīng)表確定應(yīng)該加到電機4A上的施加電壓Va的相位和大小，使得從脈寬調(diào)制控制單元810A向電機4A輸出的電壓波形成為正弦波，進行電流波形基本上呈正弦波的正弦波驅(qū)動。
采用上述方法的話，雖然負載變化時電機電流的相位、大小及發(fā)生的轉(zhuǎn)矩也會出現(xiàn)若干變化，但是在構(gòu)成方面，由于省掉了第1電流檢測單元80A及第1模數(shù)變換單元800A，結(jié)構(gòu)得到了簡化，可望得到實用、足夠的減振及降噪效果。
另外，為了對第1變頻器電路3A中的開關(guān)元件進行過電流保護，也可以在位于下臂上的3個開關(guān)元件的發(fā)射極的共同連接部分與整流電路2之間設(shè)置上一個稱作分流電阻的電阻等元件。
如上面的實施例1至3中所表明的那樣，通過用1個處理器82對3個亦即多個電機進行正弦波驅(qū)動，時序管理將變得一元化，部件的數(shù)量可以減少，可以實現(xiàn)穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動控制。特別是，對各個變頻器電路的構(gòu)成要素即開關(guān)元件的導(dǎo)通截止時序可以可靠地進行管理，從各個電機的電流檢測單元使各個模數(shù)變換單元發(fā)生操作的時刻也可以避開開關(guān)元件的開關(guān)期間。這樣，可以完全消除開關(guān)噪聲的干涉，穩(wěn)定地進行極其有效、且有利于降低噪聲的正弦波驅(qū)動。
此外，噪聲源中除了各個變頻器電路以外，還有比方說用于向處理器82提供5V電源等的開關(guān)式電源電路、和設(shè)置在整流電路2中的升壓電路等部分，其中的開關(guān)元件在進行導(dǎo)通/截止時會發(fā)出噪聲。因此，如果必要的話，可以采取在進行模數(shù)變換的期間的前后禁止這些開關(guān)進行操作等措施，這樣可有效地解決上述問題。
另外，雖然在實施例1至3中設(shè)在各個變頻器電路中的電流檢測單元采用了在3個下臂開關(guān)元件(晶體管)的發(fā)射極上分別連接上1個電阻、總共使用3個電阻、稱作3分流電流檢測方式的構(gòu)成，但這樣的構(gòu)成也不是限制性的，也可以使下側(cè)的3個開關(guān)元件的發(fā)射極端子通過同一個電阻與整流電路2的負端子相連接，在將電阻上的電壓與開關(guān)時序同步地進行模數(shù)變換，成為對各相電流進行檢測的單支路電流檢測方式。在這樣的情況下，與上述的各個實施例相比，對進行模數(shù)變換的時間限制將更加嚴格。
這樣，作為可以極力防止開關(guān)噪聲的影響的構(gòu)成，通過使用1個處理器，并使驅(qū)動多個電機的多個變頻器電路的脈寬調(diào)制控制單元同步，而且使模數(shù)變換單元的模數(shù)變換的時序也同步，這樣可以產(chǎn)生很大的效果。
另外，作為電流檢測單元的其它一些形式的構(gòu)成，在3相電機的情況下，也可以采用比方說對于3根線內(nèi)的2根線使用霍爾元件和放大器等能從頻率為零的亦即直流成分進行電流檢測的、稱為DCCT的電流檢測單元的結(jié)構(gòu)。
在使用DCCT的情況下，與實施例1至3不同的是，即使在下臂開關(guān)元件的導(dǎo)通期間以外的期間內(nèi)，也總是能夠得到相對于電流的正確的模擬輸出信號電壓，因此，模數(shù)變換的時機從原理上講是自由的。但是，由于構(gòu)成中具有多個變頻器電路，考慮到來自其它變頻器電路的開關(guān)噪聲的影響以及反過來開關(guān)噪聲對其它變頻器電路的不利影響，還是最好象本發(fā)明中由1個處理器對時序進行一元化管理的構(gòu)成為佳，能夠充分地發(fā)揮其效力。
另外，雖然實施例1至3中示出了載波波形使用三角波的例子，但是，用鋸齒波來代替三角波也是可以考慮的。
在進行正弦波驅(qū)動的脈寬調(diào)制控制單元中使用鋸齒波的情況下，各相的開關(guān)時刻有可能出現(xiàn)同步，高次諧波成分的發(fā)生狀況也可能比使用三角波載波的情況下更為嚴重。但是，在將設(shè)定的電壓輸出到電機的各相中這樣的基本操作中，與使用三角波的情況完全相同，構(gòu)成方面也能具有變得更為簡單的傾向；其構(gòu)成中由一個處理器對多個電機進行驅(qū)動，多個電機的脈寬調(diào)制控制單元也互相同步，且模數(shù)變換的時機也與脈寬調(diào)制變換同步地進行操作，同樣可以得到消除開關(guān)噪聲對模數(shù)變換的影響、能更加穩(wěn)定地對各個電機進行正弦波驅(qū)動的效果。
另外，雖然以上的“正弦波驅(qū)動”意味著供給到電機中的電流波形基本上是正弦波，但實際上，載波頻率成分的重疊及感應(yīng)電壓的波形失真會引起電流波形失真，電機磁氣特性的非線性等也可能引起波形失真。此外，出于消除轉(zhuǎn)矩脈動及齒槽轉(zhuǎn)矩等目的，還可能在供給電機中的電流波形上故意加上失真，故要得到完全正確的正弦波電流波形是不可能的，因此含有高次諧波成分的波形也視為正弦波驅(qū)動的范疇。
此外，雖然實施例1至3中采用了各個電機的相數(shù)為3相、且對于所有電機均由6管式全波變頻器電路供給交流電力的構(gòu)成，但是也可以不限于這樣的構(gòu)成。相數(shù)及變頻器電路晶體管數(shù)也可以采用其它組合。另外，就所使用的開關(guān)元件而言，也可以采用IGBT、單極形、MOSFET等器件。通過使用1個處理器進行控制，將時機進行一元化管理，同樣可望達到對各個變頻器電路內(nèi)的開關(guān)元件的導(dǎo)通截止時機很容易管理、能實現(xiàn)穩(wěn)定的正弦波驅(qū)動、實現(xiàn)一種噪聲/振動小的洗衣干衣機的效果。
綜上所述，本發(fā)明的洗衣干衣機電機驅(qū)動裝置通過使用1個處理器對第1至第3電機同時進行正弦波驅(qū)動，故構(gòu)成部件少、噪聲低、且能實現(xiàn)穩(wěn)定的正弦波驅(qū)動。
權(quán)利要求
1.一種洗衣干衣機電機驅(qū)動裝置，其特征在于包括將交流電源的交流電力變換成直流電力的整流電路；將所述整流電路的直流電力變換成交流電力的多個變頻器電路；驅(qū)動旋轉(zhuǎn)滾筒的第1電機；驅(qū)動干衣用熱泵中的壓縮機的第2電機；驅(qū)動用于向干衣用熱泵的熱交換器進行鼓風(fēng)的鼓風(fēng)風(fēng)扇的第3電機；和通過1個處理器對所述多個變頻器電路進行控制的控制單元，所述控制單元對所述第1至第3電機同時進行正弦波驅(qū)動。
2.如權(quán)利要求
1所述的洗衣干衣機電機驅(qū)動裝置，其特征在于所述控制單元被設(shè)置成對所述第2電機和第3電機同時進行無傳感器正弦波驅(qū)動。
3.如權(quán)利要求
1所述的洗衣干衣機電機驅(qū)動裝置，其特征在于還包括用于對所述第1電機、第2電機和第3電機的電機電流進行檢測的多個電流檢測單元，所述控制單元被設(shè)置成通過所述的1個處理器由所述多個電流檢測單元對多個電機電流進行檢測。
4.如權(quán)利要求
1所述的洗衣干衣機電機驅(qū)動裝置，其特征在于還包括用于對所述第2電機和第3電機的電流進行檢測的多個電流檢測單元，所述控制單元被設(shè)置成通過所述的1個處理器由所述多個電流檢測單元對多個電機電流進行檢測。
5.如權(quán)利要求
3或者權(quán)利要求
4的任一項中所述的洗衣干衣機電機驅(qū)動裝置，其特征在于所述控制單元被設(shè)置成這樣，即所述的1個處理器中還設(shè)有用于將通過所述多個電流檢測單元檢測到的所述多個電機電流的模擬信號分別變換成數(shù)字信號的多個模數(shù)變換單元。
6.如權(quán)利要求
3或者權(quán)利要求
4的任一項中所述的洗衣干衣機電機驅(qū)動裝置，其特征在于所述控制單元被設(shè)置成這樣，即所述的1個處理器包括用于對所述多個變頻器電路進行控制的多個脈寬調(diào)制控制單元；和用于將由所述多個電流檢測單元檢測到的所述多個電機電流的模擬信號分別變換成數(shù)字信號的多個模數(shù)變換單元。
7.如權(quán)利要求
6所述的洗衣干衣機電機驅(qū)動裝置，其特征在于所述控制單元被設(shè)置成這樣，即所述多個模數(shù)變換單元與所述的多個脈寬調(diào)制控制單元同步地進行模數(shù)變換。
專利摘要
本發(fā)明提供了一種洗衣干衣機電機驅(qū)動裝置，其中的控制單元通過由1個處理器進行控制的3個變頻器電路分別對旋轉(zhuǎn)滾筒驅(qū)動電機、壓縮機驅(qū)動電機、鼓風(fēng)風(fēng)扇驅(qū)動電機同時進行正弦波驅(qū)動。這樣，可以實現(xiàn)一種能降低旋轉(zhuǎn)滾筒、壓縮機、鼓風(fēng)風(fēng)扇的驅(qū)動噪聲且非常穩(wěn)定的正弦波驅(qū)動。
文檔編號H02P27/08GK1992505SQ200610168598
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月22日
發(fā)明者麻田和彥, 木內(nèi)光幸, 萩原久, 齊藤弘幸 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan