专利名称:一种变频驱动的洗衣机的制作方法
技术领域:
本发明涉及一种电动洗衣机,尤其是具有可调电源的全自动波轮式洗衣机。在国际专利分类表中,可属于D06F33/02。
背景技术:
洗衣机的洗涤系统在反复的正转—停—反转—停的可逆运转中驱动水流,进而带动衣物运动。每一正转或反转启动时的加速过程使洗涤物在洗涤液中产生了就洗涤机理而言至关重要的翻滚。脱水系统通常存在一个约1Hz和一个(5~10)Hz的共振点。脱水启动时,需要使脱水桶加速旋转,尽快越过该二个共振点,避免共振的发生。洗衣机的洗涤系统存在较大的摩擦阻转矩,脱水系统则有较大的转动惯量。因此,其驱动电动机需要具有较大的启动转矩,才能使所述系统达到适当的加速度。在现有技术的洗衣机中,按所述较大启动转矩要求设计的交流电动机,在启动完成后即为轻载运转,效率较低,洗衣机的能耗较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,提出一种变频驱动的洗衣机,与现有技术比较,既保持电动机较大的启动转矩,以满足系统的加速度要求,但可以提高效率,降低洗衣机的能耗,并可进一步改善洗衣机的其他性能。
本发明解决所述技术问题的技术方案是,一种变频驱动的洗衣机,包括洗涤或脱水机械系统;向洗涤或脱水机械系统输出旋转力的传动机构;驱动所述传动机构的异步电动机;向所述异步电动机供电的可调电源。其特征在于所述洗涤或脱水机械系统启动时或者由较低转速加速至较高转速时,可调电源以电压U1和频率f1向异步电动机供电;在规定时间后,以电压U2和频率f2供电;并且(U1/f1)>(U2/f2)。
由于电动机制造成本取决于设计的转矩,电动机的转矩与电动机的磁通成正比,异步电动机的磁通与电源电压和频率的比值大致成正比。因此,按照本发明的技术方案,是实行加速时以较高的磁通工作,稳定后以较低的磁通工作。异步电动机以较低的磁通工作的结果是励磁电流显著下降,效率因而大幅度提高。洗衣机电动机功率小,励磁电流比例大,低磁通工作的效率提高更为明显。异步电动机在较低的磁通下工作,振动噪声也较低。因此,本技术方案是巧妙利用为满足较大启动转矩要求所设计的电动机在加速完成后所处的轻载状态,充分利用既有电磁材料,实行降低磁通工作,改善加速完成后的电动机的效率,降低能耗和振动噪声。洗衣机电动机的加速时间较短,故改善稳定状态下的电动机的运转状态,可明显降低洗衣机的能耗和振动噪声。
本技术方案所述规定时间的最佳设计为洗涤或脱水机械系统由零或一种较低转速加速至一种较高转速刚好达到稳定的时间,既避免冲击,能耗和振动噪声也较低。对于常见的家用电动波轮式洗衣机,如果为开环控制,可按照经验,设计所述规定时间对于洗涤机械系统为(0.1~0.4)s,对一段加速的脱水机械系统为(20~40)s,对分段加速的脱水机械系统为(5~15)s。该时间可满足洗涤或脱水机械系统加速至稳定的时间要求。
满足(U1/f1)>(U2/f2)要求的电压U2和频率f2可有多种组合,当然应设计为所述转速稳定状态下供电功率最小的数值组合,以获得最低的能耗和振动噪声。可围绕洗涤或脱水机械系统转速稳定时的转矩,对于不同的电压U2和频率f2,通过电动机的电磁计算或实验得到供电功率最小的数值组合。所述电压和频率U1>U2,f2>f1,可在降低磁通的情况下,维持相同的洗涤或脱水机械系统的稳定转速。并且,可设计所述电压和频率(U1/f1)逐渐地过渡至(U2/f2),以获得所需控制特性。
本发明的技术方案和具体设计挖掘变频洗衣机固有的可调电源的能力,且均可通过调整现有技术的软件实现,在无需增加成本的情况下,获得了意想不到的结果。尤其是相对于使用永磁电动机,价廉且坚固耐用的异步电动机此时被挖掘了较少被注意到的其磁通可调节的优越性,特别适合洗衣机的工况。
以下附图用于说明本发明的具体实施方式
图1是本发明实施例全自动洗衣机的整机的结构示意图;图2是本发明实施例全自动洗衣机的电路框图;图3是本发明实施例全自动洗衣机的电动机驱动系统电路框图;图4是本发明实施例全自动洗衣机的洗涤运转程序图;图5是本发明实施例全自动洗衣机的脱水运转程序图。
具体实施例方式
本发明实施例全自动洗衣机的整机结构如图1所示。在设置于底座上的外箱体1内通过吊杆2可自由摆动地吊置有盛水桶3,在盛水桶3内可自由回转地设置有底部带回转搅拌器4的洗涤脱水槽5,在盛水桶3的底部安装有经减速离合器7驱动搅拌器4或洗涤脱水槽5的电动机6和牵引器排水阀13,外箱体1和盛水桶3的上方安装有顶盖9,顶盖9上装有可自由开闭的机盖10,水位传感器14、接收传感信号并对电动机6等电器进行控制的程序控制器12和进水电磁阀8安装于洗衣机顶盖9之内。外箱体1内设置安全开关11,其驱动杠杆位于外箱体1与盛水桶3之间。盛水桶3偏斜至一定程度时可以使安全开关11的触点接通。借助与驱动杠杆联动的结构,安全开关11同时监控机盖10的启闭状态。洗涤脱水槽带动衣物旋转产生的离心力进行脱水,运转时间约5min,加速时间约25s,稳定转速约900转/分;搅拌器4反复地进行正转3s-停1s-反转3s-停1s的可逆运转,正转或反转的加速时间约0.3s,稳定转速约150转/分。以上描述为现有技术波轮式全自动洗衣机的典型结构和工作情况。现有技术搅拌式全自动洗衣机的典型结构也类同,只是可逆运转的节拍时间更快。
图2是对图1所示洗衣机设计为变频驱动的洗衣机的电路框图。程序控制器12包括一单片机15(型号为TMP86C846)及驱动电路16。驱动电路16包括一由单片机15的一组I/O口控制的逆变电路和由单片机15的2个I/O口触发控制的2路双向晶闸管。逆变电路控制驱动电动机6,如图3所示。第1路双向晶闸管的输出连接进水电磁阀8,第2路双向晶闸管的输出连接牵引器排水阀13。洗涤、漂洗和脱水等方式选择开关17,水位传感器14与安全开关11等的输出连接单片机15的3个I/O口。
如图3所示,来自电网的220V50HZ的交流电源111和连接于其输出端并把交流整流变换成直流电压的整流滤波电路112构成直流电源113;在直流电源的输出端连接逆变电路114。在逆变电路114的输出端连接着电动机6。逆变电路114连接单片机15,并受其控制。此为典型的AC-DC-AC间接变换方式的控制装置,但并不限定于此,也可以是不设整流滤波电路的AC-AC直接变换方式的控制装置。整流滤波电路112包括由二极管D1和电容器C1组成的正电源的整流滤波电路;由二极管D2和电容器C2组成的负电源的整流滤波电路。二组电源的整流滤波电路的零电位点与电源111的一输出线(通常为中性线)相连。此为双半波整流滤波电路。但不限定于此,当需要最高为2倍或0.5倍电网电压的变频电源时,可使用全波和/或倍压整流,以及单电容滤波电路或双电容串联中心点输出的正负双电源滤波电路。逆变电路114备有二个高电位侧单元(开关元件V1a、V1b各与其输入连接着的驱动电路K1a、K1b的组合),和二个低电位侧单元(开关元件V2a、V2b各与其输入连接着的驱动电路K2a、K2b的组合)。开关元件V1a、V1b、V2a和V2b的发射极和集电极各并联有续流二极管D1a、D1b、D2a和D2b;但不限定于此,也可以是并联或/和串联适当的电阻、电容、电感和半导体器件或其它压敏元件组成的保护电路。上述开关元件可以使用包含4个或2个IGBT的模块,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,也可以是上述所有单元加上保护电路封装一体的集成功率模块,如IPM等。逆变电路114为双半波4单元,每二个单元为一组,在单片机15的控制下,把直流电源调制为有一个公共端、时滞1/6周期和振幅相同的二相电源开关元件V1a、V2a组成一组双半波逆变电路,形成公共端C至输出端子A的电压uCA=Umsinωt;开关元件V1b、V2b组成另一组双半波逆变电路,形成公共端C至输出端子B的电压uCB=Umsin(ωt+π/3)。结果,输出端子A和B及公共端C依端子的顺序输出三相对称电压uAB=Umsin(ωt+2π/3);uBC=Umsin(ωt-2π/3);uCA=Umsinωt。
电动机6为三相异步电动机,在该三相对称电压驱动下运转。该三相电压产生的方式还可见于本申请人的中国发明专利申请说明书CN1332287A《变频三相驱动的洗衣机》,当然也可以是传统的6单元的逆变电路的三相电压产生方式,或者驱动的是二相对称异步电动机,可见于本申请人的中国发明专利申请说明书CN1325178A《变频驱动的洗衣机》此外,本实施例的变频调制为现有技术SVPWM或SPWM等的电压型脉宽调制方式,当然也可以是电流型或/和脉幅调制等方式。
按照采用现有技术交流变频调速系统的变频洗衣机的设计,本实施例单片机15内的软件设计了SVPWM或SPWM的生成程序,按照洗衣机运转特性所需的固有设定和动态调整的要求,控制逆变电路114输出的频率、电压和相位;单片机15内部和外围会设有为本实施例电路保护、控制和电磁兼容所需的外围电路和元件;单片机15的软件还包括本实施例按照传统洗衣机进行的洗涤、漂洗和脱水等程序和对相关的传感和控制功能的处理。