一種電動裝置與含該裝置的洗衣機及其驅(qū)動、制動方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電動裝置與含該裝置的洗衣機，所述電動裝置包括電源調(diào)制器、定子單元和轉(zhuǎn)子單元；所述洗衣機的轉(zhuǎn)桶上至少設(shè)置一個轉(zhuǎn)子單元組，每個轉(zhuǎn)子單元組包括至少4個間隔設(shè)置的轉(zhuǎn)子單元；轉(zhuǎn)子單元材料包括永磁體或?qū)Т朋w，或兩者組合設(shè)置；永磁體轉(zhuǎn)子單元多個環(huán)繞轉(zhuǎn)桶設(shè)置的磁極方向相同；定子單元至少安裝一個在機架固定部位，其與轉(zhuǎn)子單元的周期性相對氣隙不大于80mm；定子單元的電磁極方向與永磁體轉(zhuǎn)子單元運動相向的極性相反；電源調(diào)制器對定子單元的繞組相應(yīng)輸出時序電流，實現(xiàn)所述電動裝置的驅(qū)動/制動。所述洗衣機至少設(shè)置一套該電動裝置。
【專利說明】
一種電動裝置與含該裝置的洗衣機及其驅(qū)動、制動方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及洗衣機的電動設(shè)計領(lǐng)域，具體涉及一種洗衣機的電動裝置結(jié)構(gòu)、電源 調(diào)制方法以及對洗衣機電動裝置的驅(qū)動和制動方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 洗衣機是涉及千家萬戶的家用電器，節(jié)能減排意義重大，據(jù)估計我國至少有2億 臺洗衣機，如果平均每臺每月少用1度電，每年可節(jié)省24億度電。目前我國市場的洗衣機 主要有滾筒洗衣機和波輪洗衣機，兩大類洗衣機各有其優(yōu)缺點。
[0003] 滾筒洗衣機發(fā)源于歐洲，洗衣方法是模仿棒錘擊打衣物原理設(shè)計，利用電動機的 機械做功使?jié)L筒旋轉(zhuǎn)，衣物在滾筒中不斷地被提升摔下，再提升再摔下，做重復(fù)運動，加上 洗衣粉和水的共同作用使衣物洗滌干凈。波輪式洗衣機發(fā)源于日本，工作原理由電動機帶 動波輪轉(zhuǎn)動，依靠裝在洗衣桶底部的波輪正反旋轉(zhuǎn)，帶動衣物上下左右不停地翻轉(zhuǎn)，使衣物 之間、衣物與桶壁之間，在水中進(jìn)行柔和地摩擦，在洗滌劑的作用下實現(xiàn)去污清洗。波輪式 洗衣機有單桶、套桶、雙桶多種形式，一般認(rèn)為具有結(jié)構(gòu)比較簡單、洗凈率高的優(yōu)點，但對衣 物磨損率大，用水多。
[0004] 市場普遍認(rèn)為滾筒洗衣機的優(yōu)點在于衣物無纏繞、洗滌均勻、磨損率要比波輪洗 衣機小10 %，可洗滌羊絨、羊毛、真絲等衣物，做到全面洗滌，也可以加熱，使洗衣粉充分溶 解，充分發(fā)揮出洗衣粉的去污效能；也可以在桶內(nèi)形成高濃度洗衣液，在節(jié)水的情況下帶來 理想的洗衣效果。一些滾筒洗衣機較之波輪洗衣機，除了洗衣、脫水外，還有消毒除菌、烘 干、上排水等功能，滿足了不同地域和生活環(huán)境消費者的需求。滾筒式洗衣機最突出的優(yōu)點 是采用了控制水量大小的節(jié)水技術(shù)，一般滾筒式洗衣機洗滌5KG衣物的標(biāo)準(zhǔn)用水為50L，僅 為波輪式洗衣機的1/3。
[0005] 滾筒洗衣機具有耗時和耗電的缺點，耗時一般消費者可接受（洗衣過程一般超過 一小時，波輪式洗衣機40分鐘左右），但耗電是明顯缺陷，雖然采用變頻技術(shù)可緩解其耗電 的劣勢，但滾筒洗衣機比其他類型洗衣機更消耗電量是不爭的事實。滾筒洗衣機雖然號稱 一般正常洗滌的功耗在200-400瓦，因多次脫水時功耗數(shù)倍增加（與轉(zhuǎn)速成正比），如果水 溫加到60度，洗一次要100分鐘以上，耗電1.5度左右（不計入烘干所耗電量）。相比之 下，波輪洗衣機的耗電量小得多。
[0006] 但是，無論是滾筒洗衣機還是波輪洗衣機，耗電量都是很可觀的，其耗電主要在所 配置的電動機上；近年以來，技術(shù)開發(fā)商普遍試圖應(yīng)用PWQ技術(shù)來控制電機轉(zhuǎn)速，以圖達(dá)到 降低洗衣機耗電量的目的，但控制的基本思路通常建立在現(xiàn)有電動機的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，研發(fā) 主流集中在電機內(nèi)部旋轉(zhuǎn)的相角位控制思想范疇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有洗衣機配用單元結(jié)構(gòu)電動機、對電動機供電方式局限 于逆變電流方向和相角位控制的設(shè)計缺陷，提供一種通過電源調(diào)制器將外部電源改變?yōu)闀r 序供電方式的設(shè)計方案，同時電動裝置不再采用單元結(jié)構(gòu)電動機的傳統(tǒng)設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn) 矩大，工藝容易實現(xiàn)。
[0008] 本發(fā)明提供的一種洗衣機的電動裝置，所述電動裝置包括電源調(diào)制器1、定子單元 3a和轉(zhuǎn)子單元3b ;所述洗衣機的轉(zhuǎn)桶5上環(huán)繞轉(zhuǎn)桶至少設(shè)置一個轉(zhuǎn)子單元組，每個轉(zhuǎn)子單 元組包括至少4個間隔設(shè)置的轉(zhuǎn)子單元3b ;所述轉(zhuǎn)子單元3b的材料包括永磁體或?qū)Т朋w， 或兩者組合設(shè)置；當(dāng)所述轉(zhuǎn)子單元組內(nèi)含有多個永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl時，永磁體轉(zhuǎn)子單元 環(huán)繞轉(zhuǎn)桶設(shè)置的磁極方向相同；所述定子單元3a至少安裝一個在靠近轉(zhuǎn)桶外緣的機架4固 定部位，其與轉(zhuǎn)子單元3b所形成的周期性相對氣隙3d不大于80mm ;
[0009] 所述電源調(diào)制器1包括電源輸入端la、邏輯信號輸入端Id和時序電流輸出端lb， 其電源輸入端電連接電源10,時序電流輸出端電連接定子單元3a的內(nèi)部繞組；所述電源調(diào) 制器1對定子單元3a內(nèi)部繞組供電使定子單元形成電磁極的方向，設(shè)置為與永磁體轉(zhuǎn)子單 元3bl運動相向的極性相反；所述電源調(diào)制器對定子單元的內(nèi)部繞組相應(yīng)輸出時序電流， 實現(xiàn)所述電動裝置的驅(qū)動/制動。
[0010] 優(yōu)選的，所述電源10包括常規(guī)交流電及其經(jīng)整流的直流電，以及任意蓄電裝置。
[0011] 所述永磁體為常規(guī)磁鋼、釹鐵硼等一類帶有固定磁極、并且磁極方向不因外磁場 而改變的物質(zhì)；所述導(dǎo)磁體為常規(guī)磁介質(zhì)中一類自身不帶磁性、但在外磁場作用下感應(yīng)生 磁并且磁極方向與外磁場方向相反的物質(zhì)。
[0012] 優(yōu)選的，所述永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl若干個環(huán)繞轉(zhuǎn)桶5同極向設(shè)置，包括N/S兩極連 線9與轉(zhuǎn)桶同軸法線7重合/垂直的4種典型組合狀態(tài)，以及在4種典型組合狀態(tài)基礎(chǔ)上 N/S兩極連線偏轉(zhuǎn)不超過25度角。
[0013] 優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)子單元3b (包括永磁體轉(zhuǎn)子單元3b 1和導(dǎo)磁體轉(zhuǎn)子單元3b2)設(shè)置 于轉(zhuǎn)桶上的位置包括嵌合在轉(zhuǎn)桶外緣、內(nèi)緣或內(nèi)部以及與轉(zhuǎn)桶實行一體化設(shè)計制造；轉(zhuǎn)子 單元在不影響安裝于轉(zhuǎn)桶的前提下不限形狀，多個組合優(yōu)選均勻排布。
[0014] 優(yōu)選的，所述定子單元3a由至少一組良導(dǎo)線環(huán)繞磁芯而成，其內(nèi)部線圈繞組可任 意串聯(lián)、并聯(lián)連接，或通過不同繞組之間引出中間抽頭組成多線外接回路；對外電連接的方 式可以為兩線或多線構(gòu)成的回路；
[0015] 優(yōu)選的，所述定子單元3a內(nèi)部繞組或若干定子單元組合通電形成的電磁極兩極 連線9與轉(zhuǎn)桶5的法線7垂直或重合，包括偏轉(zhuǎn)不超過25度角；
[0016] 更優(yōu)選的，若干個定子單元3a可在靠近轉(zhuǎn)桶5的機架4固定部位任意組合排布， 包括若干所述定子單元3a環(huán)繞轉(zhuǎn)桶的機架相對部位對稱安裝；多個定子單元排布組合的 電磁極方向設(shè)置，遵循與永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl運動相向磁極相反的原則。
[0017] 優(yōu)選的，所述電動裝置還包括傳感裝置，所述傳感裝置包括若干能感應(yīng)所述轉(zhuǎn)子 單元3b與定子單元3a相對位置的傳感單元3c，其與所述電源調(diào)制器專設(shè)的傳感信號輸入 端lc電連接；所述電動裝置至少在機架4內(nèi)部設(shè)置一傳感單元；
[0018] 更優(yōu)選的，所述傳感裝置還包括定子單元的內(nèi)部繞組，所述內(nèi)部繞組包括環(huán)繞定 子單元磁芯的繞組以及若干定子單元繞組之間串聯(lián)而成的多線外接回路。
[0019] 優(yōu)選的，所述電動裝置還包括若干選擇開關(guān)和內(nèi)置控制程序的CPU邏輯系統(tǒng)組合 的控制面板2,其電連接所述電源調(diào)制器的邏輯信號輸入端Id ;控制面板2的邏輯功能獨立 設(shè)置，亦可將電源調(diào)制器的部分邏輯功能或全部邏輯功能集成于控制面板內(nèi)。
[0020] 本發(fā)明中，所述電源調(diào)制器1將外部的電源10轉(zhuǎn)換為時序電流，使電動裝置中的 定子單元被限定在電源調(diào)制器設(shè)定的時域周期性地通電和斷電。
[0021] 本發(fā)明中，所述含有上述任一電動裝置的洗衣機包括轉(zhuǎn)桶5、機架4、電源10和至 少設(shè)置一套的電動裝置，所述的轉(zhuǎn)桶5包括在機架4內(nèi)部臥放的滾筒式、豎放的波輪式以及 斜放的結(jié)構(gòu)；所述的機架4為任意固體成形材料制成的帶密封活動窗的盒狀，所述的密封 活動窗設(shè)置在機架的上部或側(cè)面；所述機架4的水平截面為正方形、矩形、三角形、圓形以 及其他任意形狀。
[0022] 本發(fā)明還公開了一種前述洗衣機的電動裝置驅(qū)動方法，該方法根據(jù)所述轉(zhuǎn)子單元 3a和所述定子單元3b的位置關(guān)系，通過電源調(diào)制器輸出時序電流控制轉(zhuǎn)桶轉(zhuǎn)動；
[0023] 所述時序根據(jù)轉(zhuǎn)桶旋轉(zhuǎn)方向而定義，所述時序電流根據(jù)定子單元電磁場在轉(zhuǎn)桶上 的有效作用區(qū)間結(jié)合轉(zhuǎn)桶上的轉(zhuǎn)子單元個數(shù)而設(shè)置若干個通斷周期，每個通斷周期包括供 電時域和斷電時域；所述供電時域位于φτ/3<φ<φ Τ相應(yīng)的時間段，所述φ為轉(zhuǎn)子單元繞軸 并與軸確定的法線與定子單元和軸所確定法線所形成的動態(tài)夾角，所述_Φ_ Τ為轉(zhuǎn)子單元繞軸 切線方向與其所受電磁力方向重合狀態(tài)所確定的Φ值；所述斷電時域內(nèi)電源調(diào)制器1不輸 出電流。
[0024] 優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)桶的轉(zhuǎn)速根據(jù)電源調(diào)制器輸出的時序電流強度結(jié)合時序頻率/周 期而定義；所述電源調(diào)制器的供電電流不限波形、頻率及占空比。
[0025] 優(yōu)選的，所述電源調(diào)制器在供電時域內(nèi)至少包括兩段不同電流幅值不同的子時 域，且順時序呈幅度依次變小，供電時域或其子時域的幅值隨時序呈線性遞減關(guān)系；或呈2 Κ 遞減關(guān)系，所述的指數(shù)Κ取值0. 55至0. 95 ;或為如下關(guān)系： :It/A = (Ifl-丨）Μηφ*90/φτ，其 中Ic為通電起始的電流強度，I ,為通電終止時刻的電流強度。
[0026] 優(yōu)選的，所述方法還包括校正步驟；所述校正步驟為將定子單元與轉(zhuǎn)子單元周期 性隔氣隙相對、處于同一法線的狀態(tài)（Φ為〇)作為基準(zhǔn)座標(biāo)和基準(zhǔn)時間，當(dāng)轉(zhuǎn)子單元每次 前轉(zhuǎn)至基準(zhǔn)座標(biāo)時，電源調(diào)制器進(jìn)行一次時間歸0校準(zhǔn)并記錄本次周期時間，通過與上次 轉(zhuǎn)子單元前轉(zhuǎn)至基準(zhǔn)座標(biāo)的周期時間比較，從而獲知電動裝置的旋轉(zhuǎn)周期時間和轉(zhuǎn)速，并 控制輸出電流。
[0027] 本發(fā)明還公開了所述洗衣機的電動裝置制動方法，該方法在所述轉(zhuǎn)子單元趨近定 子單元、轉(zhuǎn)子單元和定子單元處同軸法線相對以及處于遠(yuǎn)離狀態(tài)的至少一個時域中，通過 電源調(diào)制器1設(shè)定的程序輸出時序電流控制轉(zhuǎn)桶5制動；
[0028] 所述時序根據(jù)轉(zhuǎn)桶旋轉(zhuǎn)方向而定義；所述轉(zhuǎn)子單元趨近定子單元的時域為CXcp <φτ/3狀態(tài)的相應(yīng)時間段，所述φ為轉(zhuǎn)子單元繞軸并與軸確定的法線與定子單元和軸所確 定法線所形成的動態(tài)夾角，所述Φτ為轉(zhuǎn)子單元繞軸切線方向與其所受電磁力方向重合狀 態(tài)所確定的Φ值。
[0029] 優(yōu)選的，所述方法還包括校正步驟，所述校正步驟將φ為0作為基準(zhǔn)座標(biāo)和基準(zhǔn)時 間，通過傳感裝置獲知轉(zhuǎn)子單元趨近/相對/遠(yuǎn)離定子單元的位置狀態(tài)。
[0030] 優(yōu)選的，所述輸出電流控制步驟包括當(dāng)轉(zhuǎn)桶的轉(zhuǎn)速在預(yù)設(shè)時間未達(dá)到設(shè)定值時， 所述電源調(diào)制器自動加大所輸出電流的強度；以及當(dāng)轉(zhuǎn)桶轉(zhuǎn)速或通電頻率達(dá)到設(shè)定的閾值 時，所述的電源調(diào)制器自動減少所輸出的電流強度或自動斷電。本發(fā)明針對洗衣機的應(yīng)用 特點，對電源植入優(yōu)化的數(shù)控編程技術(shù)，明確了電動裝置的時序供電周期及工作邏輯構(gòu)成， 實現(xiàn)高效節(jié)電。本發(fā)明洗衣機的電動裝置在機械結(jié)構(gòu)上并不象傳統(tǒng)電動機那樣設(shè)計為單元 結(jié)構(gòu)形式，所述定子單元在機架上固連可類比于電動機的定子，所述轉(zhuǎn)子單元與轉(zhuǎn)桶組合 可類比于電動機的轉(zhuǎn)子；伴隨轉(zhuǎn)桶周期性旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子單元與定子單元會形成周期性的磁相 互作用，由于傳感裝置總是被周期性感應(yīng)，電源調(diào)制器從其獲得的信號可判知轉(zhuǎn)子單元與 定子單元的相對位置，從而相應(yīng)發(fā)出具有規(guī)律性的時序電流實現(xiàn)洗衣機的工作邏輯。
[0031] 本發(fā)明的優(yōu)點在于：所述電動裝置具有時序供電控制帶來的明顯節(jié)能效果，以此 方案進(jìn)行匹配設(shè)計的洗衣機結(jié)構(gòu)簡單，電動裝置可在轉(zhuǎn)桶多樣化組合、成本低，有效適應(yīng)高 端節(jié)能洗衣機的設(shè)計要求。
【附圖說明】
[0032] 圖1是本發(fā)明電動裝置的一種機械本體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033] 圖2a是永磁體轉(zhuǎn)子單元在轉(zhuǎn)桶的一種磁極設(shè)置示意圖。
[0034] 圖2b是永磁體轉(zhuǎn)子單元在轉(zhuǎn)桶的另一種磁極設(shè)置示意圖。
[0035] 圖2c是導(dǎo)磁體轉(zhuǎn)子單元在轉(zhuǎn)桶的一種設(shè)置示意圖。
[0036] 圖3a是定子單元繞組兩端連線設(shè)置為與轉(zhuǎn)桶法線垂直的示意圖。
[0037] 圖3b是定子單元繞組兩端連線設(shè)置為與轉(zhuǎn)桶法線重合的示意圖。
[0038] 圖3c是定子單元凹型繞芯上部正對轉(zhuǎn)桶內(nèi)緣的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039] 圖4a是轉(zhuǎn)子單元所受電磁力的方向分解及繞軸動態(tài)夾角φ示意圖。
[0040] 圖4b是轉(zhuǎn)子單元與定子單元處于同一法線的狀態(tài)示意圖。
[0041] 圖5a是電源調(diào)制器的基本工作邏輯示意圖。
[0042] 圖5b是一種實現(xiàn)電源調(diào)制器的數(shù)字技術(shù)邏輯的模塊組合示意圖。
[0043] 圖5c是電源調(diào)制器的另一種工作邏輯示意圖。
[0044] 圖6a是電源調(diào)制器輸出電流呈周期性通斷的時序示意圖。
[0045] 圖6b是一種兩階丨旦流呈遞減關(guān)系的電流時序不意圖。
[0046] 圖6c是一種首階電流恒定、二階電流呈曲線遞減關(guān)系的時序示意圖。
[0047] 圖6d是一種多階電流呈連續(xù)遞減關(guān)系的時序示意圖。
[0048] 圖6e是一種幅值呈曲線遞減關(guān)系的脈沖子集包絡(luò)示意圖。
[0049] 圖7a是一個定子單元組合8個轉(zhuǎn)子單元的一種局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0050] 圖7b是轉(zhuǎn)桶逆時針方向旋轉(zhuǎn)對應(yīng)的一種周期通斷電時域示意圖。
[0051] 圖7c是一個定子單元組合8個轉(zhuǎn)子單元的一種通電邏輯示意圖。
[0052] 圖7d是轉(zhuǎn)桶順時針方向旋轉(zhuǎn)對應(yīng)的一種周期通斷電時域示意圖。
[0053] 圖8是兩個定子單元組合8個轉(zhuǎn)子單元的一種局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0054] 圖9是4個定子單元組合12個轉(zhuǎn)子單元的一種局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0055] 圖10a是轉(zhuǎn)桶上設(shè)置一個轉(zhuǎn)子單元組的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0056] 圖10b是轉(zhuǎn)桶上設(shè)置兩個轉(zhuǎn)子單元組的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0057] 附圖標(biāo)識：
[0058] 1、電源調(diào)制器；la、直流電源輸入端；lb、時序電流輸出端；lc、感應(yīng)信號輸入端； Id、邏輯信號輸入端；2、控制面板；3a、定子單元；3b、轉(zhuǎn)子單元；3bl、永磁體轉(zhuǎn)子單元；3b2、 導(dǎo)磁體轉(zhuǎn)子單元；3c、傳感單元；3d、氣隙；4、機架；5、轉(zhuǎn)桶；6、轉(zhuǎn)桶軸心；7、同軸法線；8、轉(zhuǎn) 桶切線；9、繞組兩極連線；10、電源；Ψ、轉(zhuǎn)子單元繞軸法線夾角。
【具體實施方式】
[0059] 下面結(jié)合附圖和實施例進(jìn)一步對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0060] 本發(fā)明所述洗衣機的一種電動裝置的本體機械結(jié)構(gòu)如圖1所示，該洗衣機沒有單 元結(jié)構(gòu)電機，電動裝置的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包括定子單元3a和轉(zhuǎn)子單元3b，定子單元由至少一組良 導(dǎo)線環(huán)繞磁芯而成，良導(dǎo)線通常使用銅線或鍍銅鋁芯線，磁芯材料為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知 的一種在磁場作用下內(nèi)部狀態(tài)發(fā)生變化、并產(chǎn)生更強附加磁場的物質(zhì)；定子單元繞組越多， 磁芯的磁導(dǎo)率越高，對轉(zhuǎn)子單元的電磁作用越強。
[0061] 當(dāng)轉(zhuǎn)桶5外緣設(shè)置一個轉(zhuǎn)子單元3b，一個定子單元3a設(shè)置在靠近轉(zhuǎn)桶外緣的機 架上，兩者運動相對的氣隙3d足夠小，則轉(zhuǎn)子單元趨近通電的定子單元時，會受到其電磁 力作用；在一個實施例中，永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl的S極面向轉(zhuǎn)桶內(nèi)設(shè)置，定子單元繞組通電 的N極面向轉(zhuǎn)桶內(nèi)緣，兩者磁作用為相吸而使轉(zhuǎn)桶加速運動，如圖2a所示；在另一個實施 例中，永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl的S極運動相向定子單元，定子單元繞組通電的N極逆轉(zhuǎn)桶旋轉(zhuǎn) 方向與其相對，兩者磁作用同樣為相吸，如圖2b所示；如果轉(zhuǎn)桶上設(shè)置的是導(dǎo)磁體轉(zhuǎn)子單 元3b2,因其載磁為被定子單元電磁場感應(yīng)所至，無論定子單元繞組的通電方向如何設(shè)置， 兩者磁作用均為相吸，如圖2c所示；該定子單元電磁極與轉(zhuǎn)子單元相吸關(guān)系設(shè)置是本發(fā)明 洗衣機的電動裝置的基礎(chǔ)模型，轉(zhuǎn)桶上設(shè)置的轉(zhuǎn)子單元的材料可以是導(dǎo)磁體，也可以是永 磁體，優(yōu)選兩種不同基材組合設(shè)置；優(yōu)選兩種基材組合設(shè)置是因為永磁體和導(dǎo)磁體具有主 動載磁和被動載磁的兩種不同特性，可根據(jù)其不同特性多樣化組合，以適應(yīng)洗衣機驅(qū)動、制 動多種實時狀態(tài)的技術(shù)及控制要求。
[0062] 上述運動模型中，轉(zhuǎn)子單元3b隔氣隙受到的電磁力F可分解為法線10方向匕。與 切線11方向F n，其中對轉(zhuǎn)子單元繞軸有貢獻(xiàn)的是Fn，轉(zhuǎn)子單元繞軸并和軸所確定的法線與 定子單元和軸所確定的法線為一個動態(tài)夾角和如圖4a所示；轉(zhuǎn)子單元所受電磁力的作用 區(qū)間與定子單元的設(shè)置方案相關(guān)，例如單個柱狀或工字形繞芯的定子單元電磁力線穿越氣 隙的最大值，對應(yīng)于電磁極的兩極連線12與其在轉(zhuǎn)桶所處的法線10垂直（與相應(yīng)切線11 平行），如圖3a所示；柱狀或工字形繞芯的定子單元亦可設(shè)置為電磁極的兩極連線12與其 所處法線10重合，如圖3b所示，該設(shè)置方式通常為多個定子單元組合時選用；凹型繞芯定 子單元的電磁力對轉(zhuǎn)子單元的有效作用區(qū)間，位于繞芯上部正對轉(zhuǎn)桶內(nèi)緣的兩端范圍內(nèi)， 如圖3c所示。
[0063] 轉(zhuǎn)子單元在轉(zhuǎn)桶上繞軸時，其繞軸切線方向與隔氣隙所受到電磁力F作用方向重 合為一特殊狀態(tài)，此時夾角Φ為定值_轉(zhuǎn)子單元所受電磁力的有效作用區(qū)間，位于以φ為 0狀態(tài)為基準(zhǔn)的±ψτ位置區(qū)間內(nèi)（所述土根據(jù)轉(zhuǎn)桶的旋轉(zhuǎn)方向而定義）。當(dāng)φ為〇時，F(xiàn) 1Q 為最大值，F(xiàn)n為0,此時轉(zhuǎn)子單元對繞軸無貢獻(xiàn)，如圖4b所示。F iJP F i。為一對此消彼長的 運動變量，其理論強弱變換以φτ/2為分界點，在φ>φτ/2的狀態(tài)表現(xiàn)為以驅(qū)動力Fn為主， 而在φ<φΤ/2的狀態(tài)表現(xiàn)為以制動力匕。為主。
[0064] 本發(fā)明洗衣機的電動裝置驅(qū)動技術(shù)方案為：電源調(diào)制器對應(yīng)φτ/3??φ<φτ的時域 供電，其余時域斷電；當(dāng)設(shè)計目標(biāo)為節(jié)電時，優(yōu)選2φτ/3< φ6φΤ甚至5φτ/6$φ <φτ的時域 供電；當(dāng)需要充分利用轉(zhuǎn)桶的轉(zhuǎn)動慣量時，優(yōu)選Φτ/2<φ<φτ甚至奶/3 <φ<φτ的時域供 電；因 φ<φτ/2的狀態(tài)以制動力Fl。為主，在φ<φ·狀態(tài)通電對驅(qū)動已失去優(yōu)化設(shè)計意義； 該驅(qū)動電流的通斷時域如圖6a所示，其中?\為供電時間，Τ 2和Τ。均為斷電時間，（T JTJT。） 構(gòu)成了時序驅(qū)動電流周期T。本發(fā)明洗衣機的電動裝置制動技術(shù)方案為：電源調(diào)制器對應(yīng) TjP T。的部分時域或全部時域設(shè)置為供電，所述T 2為轉(zhuǎn)子單元繞軸對應(yīng)〇<φ<φτ/3的時 域，所述Τ。為轉(zhuǎn)子單元遠(yuǎn)離定子單元的相應(yīng)時域；同理，狀態(tài)存在可觀的切向力 Fn，對制動無益。
[0065] 上述根據(jù)Φ對應(yīng)狀態(tài)的通、斷電控制，可近似變換為相對時間控制，因為電源調(diào)制 器通過時序校準(zhǔn)可判知Φ從ΦΤ到〇、即（Ti+ig的時間段，只要設(shè)定1\與Τ 2的相對時間，即 近似于對φ.相應(yīng)狀態(tài)的通、斷電時域控制；例如控制φ對應(yīng)φτ至φτ/2:的時域供電，可近似 設(shè)定為在（Vig的時間段起始1/2時域，之后1/2時域斷電；當(dāng)控制φ對應(yīng)φτΠ 至〇的時 域供電，可近似設(shè)定為在（Ti+ig的時間段起始2/3時域斷電，之后1/3時域供電；(Ti+ig 是一個與轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)速相關(guān)的量，以時序電流周期時間確定φτ在變速狀態(tài)時會出現(xiàn)偏差，換 言之是一種近似控制方式，由于電源調(diào)制器對應(yīng)9為〇度狀態(tài)設(shè)置有時間校準(zhǔn)，得予在下一 周期及時校正。
[0066] Ζφ為一個關(guān)聯(lián)電動裝置中定子單元及轉(zhuǎn)子單元設(shè)置方案的磁作用隱變量，當(dāng)定 子單元設(shè)置（包括組合）方案確定后，ΦΤ的顯態(tài)位置同時被確定，實際設(shè)計時，通常是運用 φ為〇及φ為φτ的顯態(tài)位置作為傳感裝置判斷電動裝置內(nèi)部相對位置的一種依據(jù)；φτ的 精確位置是一個與轉(zhuǎn)桶弧度、氣隙間距、定子單元繞芯形狀及其排布等參數(shù)相關(guān)的值，有多 種理論模型，具體設(shè)計時應(yīng)經(jīng)實驗校準(zhǔn)。電源調(diào)制器相應(yīng)輸出驅(qū)動或制動電流的工作邏輯 可由常規(guī)開關(guān)控制線路實現(xiàn)，也可采用CPU編程結(jié)合功率模塊組電路實現(xiàn)，或采用大規(guī)模 集成電路技術(shù)制造的專用芯片實現(xiàn)。
[0067] 電源調(diào)制器的工作邏輯變換指令信號通常是從固連在機架上的傳感單元3c獲 得，如圖5a簡示，常見的傳感單元為磁電感應(yīng)繞組、霍爾元件或光電編碼器等，當(dāng)轉(zhuǎn)子單元 繞軸周期性運動時，傳感單元可獲得電流（電壓）的變化率反饋給電源調(diào)制器，電源調(diào)制器 依據(jù)該感應(yīng)信號判知轉(zhuǎn)子單元的相對位置而相應(yīng)發(fā)出時序電流。根據(jù)傳感單元的工作精度 及可靠性要求，可在機架上設(shè)置一個或若干個傳感單元，甚至變形為從上述定子單元多繞 組反饋的方式、以及運用定子單元雙線環(huán)繞磁芯的繞組反饋方式獲得工作邏輯變換指令信 號（如圖5c簡示），此時電源調(diào)制器的感應(yīng)信號輸入端相應(yīng)內(nèi)置，其響應(yīng)處理對電源調(diào)制器 的工作程序邏輯提出了較高要求。
[0068] ?\時域伴隨有表現(xiàn)為制動力的F i。，存在一個驅(qū)動與制動、有用功與耗電/散熱的 優(yōu)選問題，由于h。對電動裝置驅(qū)動是潛在積熱來源，而在時序驅(qū)動電流中又無法將F 1Q徹 底分離，一種削弱h。對潛在積熱影響的優(yōu)選方案為：在T i時域內(nèi)將通電強度/幅值設(shè)置為 隨時序遞減，該優(yōu)選方案包括設(shè)置m多2個通電強度隨時序遞減的子集，例如設(shè)置兩段后 階強度比前階小的恒定電流子集、5階段強度依次遞減的恒定電流，利用脈沖數(shù)字技術(shù)設(shè)置 m為30、3K或30K幅值依次遞減構(gòu)成的子集等等。通電強度/幅值隨時序遞減的技術(shù)方案 眾多，例如設(shè)置為隨時序線性遞減，也可設(shè)置為由最大值按2 K關(guān)系時序遞減，K取值范圍為 0. 55至0. 95的正數(shù)，等等；圖6b是一種兩階恒流隨時序遞減的設(shè)計方案，圖6c是一種首 階電流恒定、二階電流呈曲線遞減的設(shè)計方案，圖6d是一種多階電流呈連續(xù)遞減的設(shè)計方 案，其多階電流強度的幅值包絡(luò)越接近I t/A = Π 。一U 3?ηφΛ90/φτ的優(yōu)選關(guān)系，節(jié)電效果 越好；圖6e是一種通電時序終止時刻的電流不為0、其間強度隨時序遞減的幅值包絡(luò)趨勢 示意圖。
[0069] 圖7a是一個定子單元組合8個轉(zhuǎn)子單元的結(jié)構(gòu)示意簡圖，在轉(zhuǎn)桶一個旋轉(zhuǎn)周期π 中定子單元分別與8個轉(zhuǎn)子單元發(fā)生磁作用，電源調(diào)制器的時序電流劃分為8個（Ti+TJT。） 周期，圖7b標(biāo)示了一種設(shè)定T為π /8時、與轉(zhuǎn)桶逆時針旋轉(zhuǎn)方向相對應(yīng)的T^TjP T。時序 的示意區(qū)域，圖7c為其中一個周期T的通電邏輯示意圖。轉(zhuǎn)子單元并非設(shè)置越多越好，其 在轉(zhuǎn)桶上的數(shù)目受限于所受定子單元電磁力有效作用區(qū)間相應(yīng)的空間占位，否則電源調(diào)制 器對應(yīng)輸出的時序電流周期會重疊。
[0070] 電源調(diào)制器啟動供電的時刻和所設(shè)定的電流時序直接定義了轉(zhuǎn)桶的旋轉(zhuǎn)方向，圖 7b述例為時序電流啟動對應(yīng)逆時針方向φτ/3<?φ<φτ的區(qū)間設(shè)置，轉(zhuǎn)桶相應(yīng)逆時針方向旋 轉(zhuǎn)；當(dāng)時序電流啟動對應(yīng)于φ為一Φτ至φ為一φτ/3的區(qū)間而設(shè)置（所述土以cp為〇而相對 定義），則轉(zhuǎn)桶相應(yīng)順時針方向旋轉(zhuǎn)，圖7d標(biāo)示了一種結(jié)構(gòu)與圖7b類同、與轉(zhuǎn)桶順時針旋轉(zhuǎn) 方向相對應(yīng)的！\、1~2和T。時序的示意區(qū)域。
[0071] 圖8是兩個定子單元組合8個轉(zhuǎn)子單元的結(jié)構(gòu)示意簡圖，兩個定子單元在轉(zhuǎn)桶一 個旋轉(zhuǎn)周期分別與8個轉(zhuǎn)子單元發(fā)生電磁力作用。圖9所示的是4個定子單元在機架上對 應(yīng)轉(zhuǎn)桶上一個環(huán)形圈內(nèi)12個轉(zhuǎn)子單元的結(jié)構(gòu)示意簡圖，在轉(zhuǎn)桶旋轉(zhuǎn)周期中，電源調(diào)制器要 為4個定子單元分別提供12個周期為（Ti+L+T。）的時序電流，這種組合對電源調(diào)制器提出 了更高的設(shè)計要求。進(jìn)一步可選擇8個定子單元在機架上分兩組對應(yīng)轉(zhuǎn)桶上兩個環(huán)形圈內(nèi) 各12個轉(zhuǎn)子單元，等等。理論上當(dāng)Η個定子單元組合η個轉(zhuǎn)子單元設(shè)計時，如果電源調(diào)制 器對Η個定子單元繞組分立供電，需對應(yīng)設(shè)計η*Η個（Ti+L+T。）電流時序，編程將十分復(fù)雜； 因此在多個定子單元的實用系統(tǒng)設(shè)計中，優(yōu)選Η個定子單元繞組電串聯(lián)組合，或Η個定子單 元繞組分為若干組外接電源調(diào)制器，例如4個定子單元的內(nèi)部繞組串聯(lián)，串聯(lián)繞組中間引 出抽頭共三根線對外電連接電源調(diào)制器，技術(shù)上還可利用該三根線兩兩比較的微分電位的 不同，作為一種判別轉(zhuǎn)子單元相對位置的信號源，替代獨立設(shè)置的傳感單元。
[0072] 本發(fā)明中，轉(zhuǎn)子單元優(yōu)選永磁體和導(dǎo)磁體兩種材料組合設(shè)置，其優(yōu)點在于：如果轉(zhuǎn) 桶上僅設(shè)置永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl，因其磁極固定，在運動模型中無論磁極方向怎樣排布，均 不能以動態(tài)反極形式跟隨定子單元的電磁力作用，對電動裝置的驅(qū)動、制動控制效果不如 采用導(dǎo)磁體轉(zhuǎn)子單元好；如果轉(zhuǎn)桶上僅設(shè)置導(dǎo)磁體轉(zhuǎn)子單元3b2,因其磁極是感應(yīng)生磁，當(dāng) 其剛好處于與定子單元隔氣隙處于同一法線7、φ為0時，容易出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)；兩種材料組合設(shè) 置可兼有兩者的優(yōu)點。當(dāng)轉(zhuǎn)桶上設(shè)置有永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl，電源調(diào)制器容易通過傳感裝置 判知Φ為0的內(nèi)部位置狀態(tài)，相應(yīng)發(fā)出靜態(tài)啟動時序電流；所謂靜態(tài)啟動時序電流的一個 簡單例，是碰到上述堵轉(zhuǎn)、電源調(diào)制器在設(shè)定時間最大值得不到傳感裝置反饋信號的情況 下，實時發(fā)出與正常驅(qū)動電流方向相反的啟動電流，使轉(zhuǎn)桶上至少一個永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl 受到同性磁極相斥作用而偏離與定子單元隔氣隙處于同一法線的狀態(tài)，避免啟動不暢順。
[0073] 理論上也可以在轉(zhuǎn)桶安裝一個轉(zhuǎn)子單元與機架上多個定子單元組合，但這種等效 設(shè)計在技術(shù)上雖可實施，但因定子單元的造價相對較高，非優(yōu)選方案。
[0074] 電源調(diào)制器可用常規(guī)開關(guān)電路設(shè)計或脈沖數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)，優(yōu)選后者，后者基礎(chǔ)功 能模塊一般包括電源變換電路、內(nèi)存貯有工作程序的微處理器和信號輸入輸出電路，能通 過傳感裝置反饋信號相應(yīng)控制驅(qū)動模塊輸出的時序電流，對電動裝置進(jìn)行動態(tài)控制，圖5b 是一種實現(xiàn)所述基本功能的數(shù)字技術(shù)邏輯模塊組合示意圖。
[0075] 綜上，所述的電源調(diào)制器是一個邏輯電源開關(guān)系統(tǒng)，時序通電周期/頻率反映了 單位時間內(nèi)定子單元3a對轉(zhuǎn)子單元3b的通電作用次數(shù)，該時序頻率間接定義了轉(zhuǎn)桶的轉(zhuǎn) 速及定子單元所需要的電磁力（源于電源調(diào)制器對定子單元繞組通電），通電幅值越大，單 位時間內(nèi)定子單元通電對轉(zhuǎn)子單元的作用力越大、作用次數(shù)越多，其結(jié)果反映了轉(zhuǎn)桶的轉(zhuǎn) 速越快。電源調(diào)制器所輸出電流的時序頻率，與轉(zhuǎn)桶旋轉(zhuǎn)周期隱含的（Ti+L+T。）時序作用 次數(shù)、通電平均強度以及轉(zhuǎn)速是相互對應(yīng)的諸物理量關(guān)系，當(dāng)電源調(diào)制器的諸多設(shè)定條件 進(jìn)入邏輯工作狀態(tài)后，控制了時序通電頻率也就是控制了轉(zhuǎn)桶的轉(zhuǎn)速。該轉(zhuǎn)速及工作程序 控制是通過控制面板2電連接電源調(diào)制器的邏輯信號輸入端Id來實現(xiàn)，電源調(diào)制器可安裝 在機架上任意位置。
[0076] 所述洗衣機可以在轉(zhuǎn)桶上設(shè)置一個轉(zhuǎn)子單元組，如圖10a所示；或設(shè)置兩個轉(zhuǎn)子 單元組，如圖l〇b所示；也可以在轉(zhuǎn)桶上設(shè)置多個轉(zhuǎn)子單元組；與轉(zhuǎn)桶上環(huán)形設(shè)置的轉(zhuǎn)子單 元組相對應(yīng)，機架4上對應(yīng)一個轉(zhuǎn)子單元組至少設(shè)置一個定子單元；所述洗衣機設(shè)置的多 套電動裝置，包括每套轉(zhuǎn)子單元/定子單元對應(yīng)設(shè)置一個電源調(diào)制器，也可以多套轉(zhuǎn)子單 元/定子單元共用一個電源調(diào)制器。
[0077] -般洗衣機的控制面板2包括外置的若干按按式開關(guān)和內(nèi)置CPU系統(tǒng)的組合，這 些外置開關(guān)與內(nèi)置CPU系統(tǒng)程序的若干輸入/設(shè)定接口一一對應(yīng)，通過控制面板上若干開 關(guān)的狀態(tài)組合，可得出洗衣機工作邏輯的不同程序，例如浸漬時間、啟動旋轉(zhuǎn)時間、暫停時 間、脫水時間等參數(shù)，也可以根據(jù)商用產(chǎn)品的慣例設(shè)置常規(guī)連續(xù)執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)程序；這類標(biāo)準(zhǔn) 程序以及接口編程方式，現(xiàn)有洗衣機產(chǎn)品已設(shè)計得較為完善，對本發(fā)明洗衣機的應(yīng)用而言， 原則是根據(jù)電動裝置的供電特征設(shè)定對應(yīng)的工作邏輯，將控制面板的常規(guī)控制功能對接電 源調(diào)制器系統(tǒng)實現(xiàn)，共用數(shù)據(jù)母線統(tǒng)一編程?？刂泼姘逡部稍O(shè)計為非機械式的電子感應(yīng)開 關(guān)控制方式，包括遙控。
[0078] 定子單元在機架上的設(shè)置要點，是要使轉(zhuǎn)子單元在周期性旋轉(zhuǎn)中與其形成兩者有 效發(fā)生磁作用必須的相對氣隙3d，該氣隙是定子單元向轉(zhuǎn)子單元傳遞電磁力作用的能量通 道，氣隙越小越有利于磁能量作用傳遞，但氣隙過小易發(fā)生機械接觸，設(shè)計時需綜合把握材 料的剛性和機械加工精度。
[0079] 本說明書所述的優(yōu)選例僅為推薦，若干技術(shù)方案可組合并用或部分使用，也可加 入其他成熟技術(shù)。只要根據(jù)電動裝置的磁流特點對電源調(diào)制器設(shè)計可精確控制的時序電 流，即可實現(xiàn)本發(fā)明方案的基本技術(shù)目標(biāo)。
[0080] 對洗衣機以及電動機技術(shù)較深入了解的專業(yè)人士，都不難在本發(fā)明所述的方案基 礎(chǔ)上，舉一反三地變形實施本
【發(fā)明內(nèi)容】
。例如在現(xiàn)有市場洗衣機的電動機控制基礎(chǔ)上，通過 傳感方式以及控制器電流程序變換來部分實施本發(fā)明。本發(fā)明所述洗衣機的電動裝置基礎(chǔ) 結(jié)構(gòu)、電源調(diào)制器的電流時序控制方法和通電時域的幅值遞減設(shè)計方案及其衍生的技術(shù)變 形實施，均應(yīng)被列入本發(fā)明的保護范圍。
[0081] 實施例1、
[0082] -種節(jié)電型波輪式洗衣機，機架4水平截面為邊長450mm的正方形，高度為550mm， 選用周長為1000mm、高度為400mm的轉(zhuǎn)桶5,轉(zhuǎn)桶底部凸起筋條與常規(guī)波輪式洗衣機的設(shè)計 類同；電動裝置設(shè)計為12個轉(zhuǎn)子單元3b與4個定子單元3a的組合，其結(jié)構(gòu)示意如圖9簡 示；洗衣機外接家用220V交流電源，通過常規(guī)變壓/整流裝置改變?yōu)?8V的直流電源，首先 滿足家用電器安全第一的設(shè)計要求。
[0083] 轉(zhuǎn)子單元選用優(yōu)質(zhì)磁鋼，加工成厚度2mm、長度和寬度均為25mm的小單元，并且將 該12個永磁體轉(zhuǎn)子單元加工為與轉(zhuǎn)桶外緣相應(yīng)的弧形，緊密安裝在不銹鋼合金材料制成 的轉(zhuǎn)桶的外緣，12個轉(zhuǎn)子單元的S極均設(shè)置為逆時針方向，環(huán)繞轉(zhuǎn)桶安裝在所設(shè)計最高水 位至底部的0. 618黃金分割處，間隔平均設(shè)置；定子單元3a的繞芯選擇凹形鐵磁體，繞芯下 部外加一 V形配件，配件兩邊呈垂直，定子單元繞組由一根直徑0. 80mm的銅線環(huán)繞凹形磁 芯68圈而成，4個繞組電串聯(lián)，安裝要點：外加緊固件將4個定子單元固定在正對轉(zhuǎn)桶上轉(zhuǎn) 子單元的機架四個邊角部位，繞芯上部兩端正對轉(zhuǎn)桶5的外緣（如圖3c所示），與轉(zhuǎn)桶外緣 的轉(zhuǎn)子單元形成18mm的周期性相對氣隙，繞芯兩端對應(yīng)轉(zhuǎn)桶占位30度角。
[0084] 該洗衣機4個定子單元在轉(zhuǎn)桶一個旋轉(zhuǎn)周期中，分別與轉(zhuǎn)桶上8個轉(zhuǎn)子單元發(fā)生 磁作用，對應(yīng)電源調(diào)制器輸出的時序電流分8個（?\+ T2+ T。）周期，設(shè)定每周期的（T1:T2: Τ。）時域比例為（4. 25 :7 :11. 25)，以此參數(shù)確定電源調(diào)制器在洗衣機各段工作程序輸出的 不同時序頻率，并間接定義出相應(yīng)的時序電流幅值。
[0085] 脫水程序?qū)?yīng)的轉(zhuǎn)桶最大轉(zhuǎn)速設(shè)計為1200轉(zhuǎn)/分即20轉(zhuǎn)/s，其（Ti+L+T。）時序頻 率為160次/s，即時序周期時間為6. 25ms ;轉(zhuǎn)桶在漂洗、清洗程序的轉(zhuǎn)速（包括轉(zhuǎn)動方向）、 轉(zhuǎn)動時間、靜置時間等，均依據(jù)現(xiàn)有市場洗衣機的成熟經(jīng)驗參數(shù)而設(shè)定；電源調(diào)制器對應(yīng)轉(zhuǎn) 桶最大轉(zhuǎn)速時輸出的電流強度在額定電壓48V時為25A，該最大電流值是一個根據(jù)轉(zhuǎn)桶滿 載水重量、額定洗滌重量結(jié)合電動裝置設(shè)計并經(jīng)實驗校準(zhǔn)的值，以實驗值為準(zhǔn)。
[0086] 電源調(diào)制器的核心模塊包括常規(guī)CPU和一個設(shè)計功率1500W的驅(qū)動模塊（其邏輯 結(jié)構(gòu)如圖5b所示），脈沖變換調(diào)理電路主要完成將脈沖信號轉(zhuǎn)換為階梯波信號，脈沖信號 發(fā)生器主要產(chǎn)生所需的脈沖信號，其次經(jīng)微分電路輸出尖峰脈沖，然后經(jīng)過限幅電路將尖 峰脈沖的負(fù)半周濾除，剩下正半軸尖峰脈沖，用集成運放組成的積分電路進(jìn)行積分累加，加 上電壓比較器和控制電路組成了完整的階梯脈沖信號，對電路的各個元件進(jìn)行參數(shù)調(diào)整， 從而得到滿足工作邏輯要求的階梯波信號。電源調(diào)制器在?\通電時序內(nèi)，通過控制芯片使 驅(qū)動模塊產(chǎn)生一系列幅值隨時序遞減的脈沖電流，脈沖頻率30ΚΗζ，其電源輸入端la電連 接電源10的正負(fù)極，時序驅(qū)動電流輸出端lb電連接定子單元3a的繞組（繞組通電方向?qū)?應(yīng)4個定子單元的N極均為順時針方向），邏輯信號輸入端Id電連接控制面板2,感應(yīng)信號 輸入端lc電連接傳感單元3c。傳感單元由一個磁電感應(yīng)繞組構(gòu)成，通過外加螺絲將傳感單 元固連在靠近轉(zhuǎn)桶5外緣、與其上轉(zhuǎn)子單元運動相對的機架4部位。
[0087] 洗衣機控制面板2包括外置的若干按按式開關(guān)和內(nèi)置CPU系統(tǒng)的組合，通過控制 面板上若干開關(guān)的狀態(tài)組合，可得出洗衣機的常規(guī)工作邏輯程序，其標(biāo)準(zhǔn)程序以及接口編 程方式可專門設(shè)計，也可以采購數(shù)據(jù)接口方式共通的市場產(chǎn)品配套；通過工作邏輯程序的 配套設(shè)計，可實時控制電源調(diào)制器輸出的電流強度，從而控制洗衣機轉(zhuǎn)桶在不同工作階段 的運行狀態(tài)。洗衣機常規(guī)使用的配件均采用市購。
[0088] 電源調(diào)制器的驅(qū)動邏輯為：以某定子單元與轉(zhuǎn)子單元周期性隔氣隙相對、處于同 一法線7 ( Φ為0)的狀態(tài)記為基準(zhǔn)座標(biāo)和基準(zhǔn)時間，當(dāng)控制面板2的內(nèi)置CPU程序給出驅(qū)動 信號，電源調(diào)制器依設(shè)定的?\時序（轉(zhuǎn)子單元逆時針對應(yīng)為φτ位置的時刻）輸出20A電 流使轉(zhuǎn)桶沿逆時針方向啟動，執(zhí)行（Τ 1:Τ2:Τ。）為（4. 25 :7 :11. 25)的時序，并對應(yīng)轉(zhuǎn)桶每個 旋轉(zhuǎn)周期自動加大5%電流強度；當(dāng)轉(zhuǎn)子單元每次繞軸至基準(zhǔn)座標(biāo)時，電源調(diào)制器進(jìn)行一 次時間歸〇校準(zhǔn)并記錄本次周期時間，通過與上次周期時間比較，獲知本次周期時間的實 時值，并對下一步工作邏輯進(jìn)行判定：如果轉(zhuǎn)桶已達(dá)到程序設(shè)定的轉(zhuǎn)速，電源調(diào)制器自動降 低5%電流強度；如果轉(zhuǎn)桶未達(dá)到程序設(shè)定的轉(zhuǎn)速，則電源調(diào)制器在下一周期對應(yīng)轉(zhuǎn)子單 元逆時針繞軸至對應(yīng)Φ為φτ位置的時刻，執(zhí)行對應(yīng)轉(zhuǎn)桶每個旋轉(zhuǎn)周期自動加大6%電流強 度的程序，實時通電強度由電源調(diào)制器通過傳感單元3c給出的信號數(shù)據(jù)判定并自動調(diào)整。 當(dāng)時序通電頻率對應(yīng)轉(zhuǎn)桶轉(zhuǎn)速連續(xù)4s高于某階段程序的設(shè)定值，或電源調(diào)制器連續(xù)4s輸 出25A電流的狀態(tài)時，電源調(diào)制器進(jìn)入暫時休眠而達(dá)到節(jié)電設(shè)計目標(biāo)。
[0089] 轉(zhuǎn)桶在洗衣機浸漬或工作程序變換的中間階段，表現(xiàn)為靜置，對應(yīng)電源調(diào)制器休 目民，不輸出電流；轉(zhuǎn)桶的順時針方向旋轉(zhuǎn)，對應(yīng)電源調(diào)制器啟動?\時序變換至ψ為-φτ位 置的時刻為一值以轉(zhuǎn)子單元逆時針方向相對定子單元的位置定義），執(zhí)行（Τ 1:Τ2:Τ。）為 (4. 25 :7 :11. 25)的時序，供電電流方向相反。
[0090] 電源調(diào)制器設(shè)定的減速制動邏輯為：當(dāng)洗衣機從轉(zhuǎn)桶高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)變換下一工作 程序時（如漂洗后完成脫水程序，變換為轉(zhuǎn)桶靜置、自動重新加水），切斷?\對應(yīng)的時序電 流，同時啟動^時域通電，通電時域設(shè)定在傳感單元3c感知轉(zhuǎn)子單元3b繞軸7前轉(zhuǎn)至Φ為 φτ/3到φ為〇位置的時間段；該制動通電時域可對應(yīng)周期時序設(shè)定為：在時序中， 起始2/3時域斷電，之后1/3時域通電。
[0091] 電源調(diào)制器相應(yīng)制動時序輸出的電流強度為25A。
[0092] 本實施例通過對控制面板2和電源調(diào)制器1的編程，可有效實現(xiàn)洗衣機完成對注 水、浸漬、漂洗、清洗、脫水及其間設(shè)置靜置的全自動控制過程。
[0093] 實施例2、
[0094] 在實施例1的基礎(chǔ)上優(yōu)化電源調(diào)制器的通電程序：將1\通電時域設(shè)置為5段通電 時間相同但電流強度規(guī)律遞減的電流，5段通電強度按KW/A的線性關(guān)系分級遞減，遞減系 數(shù)K為0. 8,即?\通電時域內(nèi)設(shè)置的5段電流強度分別為25A、20. 0A、16. 0A、12. 8A、10. 24A。 轉(zhuǎn)子單元3b的材料改用常規(guī)釹鐵硼。
[0095] 其余與實施例1類同，本實施例可降低電動裝置積熱，節(jié)電效果相對好。
[0096] 實施例3、
[0097] 將實施例2的脈沖子集幅值改設(shè)置為連續(xù)遞減，即電源調(diào)制器對應(yīng)?\啟動電流為 26Α時，通電時域的幅值包絡(luò)趨勢呈（25 -10.24) Sin φ#90/φτ的規(guī)律遞減，其中φ為轉(zhuǎn)子 單元繞軸并與軸確定的法線與定子單元和軸所確定法線所形成的動態(tài)夾角，Φτ為轉(zhuǎn)子單 元繞軸切線方向與其所受電磁力方向重合狀態(tài)所確定的Φ值。
[0098] 為提高位置信號傳感的工作可靠性，本實施例將傳感單元設(shè)置為兩個。
[0099] 本實施例因電源調(diào)制器1所輸出的脈沖子集包絡(luò)選擇了更優(yōu)化的時序遞減關(guān)系， 洗衣機的節(jié)電效果比實施例2好。
[0100] 實施例4、
[0101] 將實施例1洗衣機的制動邏輯進(jìn)一步優(yōu)化為：電源調(diào)制器啟動Τ2時域通電的同 時，將Τ。部分時域的工作邏輯同步變換為通電，所述該Τ。部分時域的時間值與（T i+T2)相 等，T。通電啟動時刻以為0開始計時；電源調(diào)制器在該T。部分時域所輸出的制動電流 強度同為25A。
[0102] 本實施例對定子單元繞組的制動通電增加了轉(zhuǎn)子單元和定子單元處同軸法線相 對以及處于遠(yuǎn)離狀態(tài)的時域；該制動通電時域可對應(yīng)周期時序設(shè)定為：在（Ti+TJT。）時序 中，起始1/3的1\時域斷電，之后2/3的（T 2+T。）時域通電。
[0103] 實施例1所述洗衣機的制動通電時域Τ2，也可以由φ為φτ/3到φ為〇位置的時間 段更改為φ為φτ/6到φ為0位置的時間段。
[0104] 實施例5、
[0105] 將實施例1的定子單元3a繞芯改為圓柱形，每個繞芯的繞組匝數(shù)同為45圈，定子 單元增加至16個，每4個為一組替代實施例1所述的1個凹形繞芯定子單元，安裝時每個 繞芯兩端連線9與轉(zhuǎn)桶5的同軸法線7重合，如圖3a所示；每組4個定子單元繞組通電方 向形成的電磁極相同，S極正對轉(zhuǎn)桶5的軸6。12個永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl與轉(zhuǎn)桶5實行一 體化制造，S極均設(shè)置為逆時針方向，嵌合在與16個定子單元相對的轉(zhuǎn)桶環(huán)型圈內(nèi)，相間平 均設(shè)置。
[0106] 本實施例中，對定子單元繞組的供電驅(qū)動時域定義為φ從《ρτ至φ為φτ/3相應(yīng)的 時間段，供電制動時域定義為φ從φτ/ 1至φ為0相應(yīng)的時間段。機架上傳感單元3c變形 為：在周期面對傳感單元的轉(zhuǎn)桶外緣環(huán)形區(qū)域任意部位，專門設(shè)置一塊永磁體，使傳感單元 的感應(yīng)繞組伴隨轉(zhuǎn)桶5旋轉(zhuǎn)而周期性感應(yīng)，從而獲得傳感應(yīng)信號。
[0107] 實施例6、
[0108] 在實施例1的基礎(chǔ)上，將轉(zhuǎn)桶5上的電動裝置設(shè)置為兩套。
[0109] 12個一組的轉(zhuǎn)子單元3b設(shè)置兩組，共24個，兩組轉(zhuǎn)子單元的S極面向轉(zhuǎn)桶的軸 6,沿轉(zhuǎn)桶分別環(huán)型安裝在所設(shè)計最高水位至底部之間的1/3和2/3位置，相間平均設(shè)置，如 圖10b所示；轉(zhuǎn)子單元與轉(zhuǎn)桶實行一體化設(shè)計制造，轉(zhuǎn)桶采用塑鋼材料，轉(zhuǎn)子單元在轉(zhuǎn)桶的 模壓成形過程中嵌合在轉(zhuǎn)桶的內(nèi)部。4個一組的定子單元3a設(shè)置兩組，共8個，每組電串聯(lián) 連接，分別安裝在機架4上對應(yīng)兩個轉(zhuǎn)子單元環(huán)型圈的4個邊角，繞組通電的電磁極均設(shè)置 為S極正對轉(zhuǎn)桶5的軸6 ;電源調(diào)制器1相應(yīng)設(shè)置為兩路電流輸出并分別電連接兩組定子 單元3a的繞組；轉(zhuǎn)桶外緣的機架4內(nèi)部設(shè)置4個傳感單元3c，配件方式及其他設(shè)置方式與 實施例1類同。
[0110] 為防止在永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl與定子單元3a靜態(tài)處于同軸6法線7時、轉(zhuǎn)桶有可 能出現(xiàn)啟動不暢順，本實施例對電源調(diào)制器專門設(shè)計有靜態(tài)啟動時序電流；當(dāng)電源調(diào)制器 在0.5S得不到傳感裝置反饋信號的情況下，實時發(fā)出與正常驅(qū)動電流方向相反的啟動電 流，使轉(zhuǎn)桶上與定子單元相對的永磁體轉(zhuǎn)子單元受到同性磁極相斥，使之偏離與定子單元 隔氣隙處于同一法線的狀態(tài)，避免啟動不暢順。
[0111] 本實施例中，對轉(zhuǎn)桶定子單元繞組的供電驅(qū)動時域定義為φ從φτ至φ為2:φτ/3:相 應(yīng)的時間段，供電制動時域定義為Φ從φτ/ 5至φ為0相應(yīng)的時間段。所述的轉(zhuǎn)桶，在洗衣機 中既可設(shè)計為豎放的波輪式，也可設(shè)計為橫放的滾筒式，通過對控制面板2和電源調(diào)制器 1編程，可實現(xiàn)洗衣機完成對注水、浸漬、漂洗、清洗、脫水及其間設(shè)置靜置的全自動控制過 程，有效降低洗衣機的耗電量。
[0112] 實施例7、
[0113] 在實施例6的基礎(chǔ)上，將兩組轉(zhuǎn)子單元3b的材料改為使用永磁體和導(dǎo)磁體兩種， 每組12個轉(zhuǎn)子單元中的材料分別為6個永磁體、6個導(dǎo)磁體，每組12個轉(zhuǎn)子單元中永磁體 和導(dǎo)磁體相間平均設(shè)置，其中6個永磁體轉(zhuǎn)子單元的S極面向轉(zhuǎn)桶的軸6 ;兩組轉(zhuǎn)子單元沿 轉(zhuǎn)桶分別環(huán)型安裝在所設(shè)計最高水位至底部之間的3/5和1/4位置，轉(zhuǎn)子單元3b與轉(zhuǎn)桶5 一體化設(shè)計制造，轉(zhuǎn)桶采用塑鋼材料。
[0114] 本實施例因?qū)Т朋w的磁極是感應(yīng)生磁，在運動中能以動態(tài)反極形式跟隨定子單元 的電磁力作用，對電動裝置的驅(qū)動、制動控制效果比轉(zhuǎn)子單元材料單一采用永磁體好；本實 施例所述的每組12個轉(zhuǎn)子單元永磁體和導(dǎo)磁體相間平均設(shè)置，亦可改變?yōu)閮蓚€永磁體和 兩個導(dǎo)磁體兩兩相間平均設(shè)置，或三個永磁體和三個導(dǎo)磁體相間平均設(shè)置；甚至進(jìn)一步改 變?yōu)閮山M24個轉(zhuǎn)子單元材料全部采用導(dǎo)磁體。
[0115] 實施例8、
[0116] 以上實施例的機架4水平截面均為四邊形，定子單元3a設(shè)置在4個邊角，本實施 例的機架改為水平截面三角形，12個繞芯為工字形的定子單元分3組，每組4個定子單元設(shè) 置在3個邊角，即每個邊角安裝一組4個定子單元，每組定子單元繞芯組合的兩端對應(yīng)轉(zhuǎn)桶 占位105度角，與轉(zhuǎn)桶形成15mm的相對氣隙，每個定子單元的工字形繞芯兩端連線9與轉(zhuǎn) 桶的法線7重合。
[0117] 轉(zhuǎn)桶內(nèi)部平均間隔嵌合有12個長度28mm的轉(zhuǎn)子單元，轉(zhuǎn)子單元的S極全部逆時 針方向環(huán)繞轉(zhuǎn)桶設(shè)置；每個定子單元的繞組均由直徑〇. 85mm的銅線環(huán)繞而成，匝數(shù)45圈， 安裝時每個繞芯兩端連線9與轉(zhuǎn)桶5的同軸法線7重合，如圖3a所示；3組定子單元的繞組 環(huán)形電串聯(lián)，接口各引出一個抽頭，繞組外接回路改變?yōu)?根線（類似于傳統(tǒng)電機內(nèi)部繞組 的A接法）；電源調(diào)制器1對應(yīng)設(shè)計為3線回路，其相應(yīng)輸出的時序脈沖電流在3線構(gòu)成 的各個回路中平均分配，使每組4個定子單元繞組串聯(lián)組合后通電獲得的電磁場的N極全 部順時針方向；本實施例可以利用定子單元3a繞組外接多個回路反饋的信號比較出微分 電位差，作為轉(zhuǎn)子單元伴隨轉(zhuǎn)桶5旋轉(zhuǎn)相對位置判別的信號源，替代獨立設(shè)置的傳感單元。
[0118] 本實施例對電動裝置的驅(qū)動、制動和工作邏輯控制與實施例1類同。
[0119] 實施例9、
[0120] 將實施例1單線環(huán)繞磁芯的定子單元改變?yōu)殡p線環(huán)繞磁芯構(gòu)成兩個繞組回路，兩 個繞組由兩根直徑0. 80mm的銅線環(huán)繞凹形磁芯68圈而成，其中一個繞組回路用于動力供 電，電連接電源調(diào)制器1的時序電流輸出端；另一個繞組回路用作替代獨立設(shè)置的傳感單 元，作為轉(zhuǎn)子單元伴隨轉(zhuǎn)桶5旋轉(zhuǎn)相對位置的判別信號源。
[0121] 本實施例還可將所述雙線環(huán)繞磁芯的定子單元進(jìn)一步優(yōu)化為：動力供電繞組由一 根直徑0. 80mm的銅線環(huán)繞凹形磁芯68圈而成，傳感繞組由一根直徑0. 20mm的銅線環(huán)繞凹 形磁芯18圈而成，可更節(jié)省銅材。
[0122] 以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實施例對本發(fā)明進(jìn) 行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同 替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項】
1. 一種洗衣機的電動裝置，其特征在于，所述電動裝置包括電源調(diào)制器（I)、定子單元 (3a)和轉(zhuǎn)子單元（3b);所述洗衣機的轉(zhuǎn)桶（5)上環(huán)繞轉(zhuǎn)桶至少設(shè)置一個轉(zhuǎn)子單元組，每個 轉(zhuǎn)子單元組包括至少4個間隔設(shè)置的轉(zhuǎn)子單元（3b);所述轉(zhuǎn)子單元（3b)的材料包括永磁 體或?qū)Т朋w，或兩者組合設(shè)置；當(dāng)所述轉(zhuǎn)子單元組內(nèi)含有多個永磁體轉(zhuǎn)子單元（3bl)時，永 磁體轉(zhuǎn)子單元環(huán)繞轉(zhuǎn)桶設(shè)置的磁極方向相同；所述定子單元（3a)至少安裝一個在靠近轉(zhuǎn) 桶外緣的機架（4)固定部位，其與轉(zhuǎn)子單元所形成的周期性相對氣隙（3d)不大于80mm; 所述電源調(diào)制器（1)包括電源輸入端（la)、邏輯信號輸入端（Id)和時序電流輸出端 (化），其電源輸入端電連接電源（10)，時序電流輸出端電連接定子單元（3a)的內(nèi)部繞組； 電源調(diào)制器對定子單元（3a)內(nèi)部繞組供電使定子單元形成電磁極的方向，設(shè)置為與永磁 體轉(zhuǎn)子單元（3bl)運動相向的極性相反；所述電源調(diào)制器對定子單元的內(nèi)部繞組相應(yīng)輸出 時序電流，實現(xiàn)所述電動裝置的驅(qū)動/制動。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動裝置，其特征在于，所述定子單元（3a)由至少一組良導(dǎo) 線環(huán)繞磁忍而成，其在機架（4)上組合排布得到的繞組之間通過串聯(lián)或并聯(lián)連接，或通過 不同繞組之間引出中間抽頭組成多線外接回路。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動裝置，其特征在于，所述電動裝置還包括傳感裝置，所述 傳感裝置包括若干能感應(yīng)所述轉(zhuǎn)子單元（3b)與定子單元（3a)相對位置的傳感單元（3c)， 其與所述電源調(diào)制器的傳感信號輸入端（Ic)電連接；所述電動裝置至少在機架（4)內(nèi)部設(shè) 置一傳感單元。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動裝置，其特征在于，所述電動裝置的傳感裝置還包括定 子單元（3a)的內(nèi)部繞組，所述內(nèi)部繞組包括環(huán)繞定子單元磁忍的繞組W及若干定子單元 繞組之間串聯(lián)而成的多線外接回路。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動裝置，其特征在于，所述電動裝置還包括若干選擇開關(guān) 和內(nèi)置控制程序的CPU邏輯系統(tǒng)組合的控制面板（2)，其電連接所述電源調(diào)制器的邏輯信 號輸入端（Id);控制面板似的邏輯功能獨立設(shè)置，亦可將電源調(diào)制器的部分邏輯功能或 全部邏輯功能集成于控制面板內(nèi)。6. -種洗衣機，其特征在于，所述洗衣機含有如權(quán)利要求1~4任一的電動裝置，所述 洗衣機包括轉(zhuǎn)桶巧）、機架（4)、電源（10)和至少設(shè)置一套的電動裝置，所述的轉(zhuǎn)桶包括在 機架內(nèi)部邸放的滾筒式、豎放的波輪式W及斜放的結(jié)構(gòu)。7. 基于權(quán)利要求1~5任一洗衣機的電動裝置驅(qū)動方法，該方法根據(jù)所述轉(zhuǎn)子單元 (3a)和所述定子單元（3b)的位置關(guān)系，通過電源調(diào)制器（1)輸出時序電流控制洗衣機的轉(zhuǎn) 桶巧）轉(zhuǎn)動； 所述時序根據(jù)轉(zhuǎn)桶旋轉(zhuǎn)方向而定義，所述時序電流根據(jù)定子單元電磁場在轉(zhuǎn)桶上的有 效作用區(qū)間結(jié)合轉(zhuǎn)桶上的轉(zhuǎn)子單元個數(shù)而設(shè)置若干個通斷周期，每個通斷周期包括供電時 域和斷電時域；所述供電時域位于幫1'/3^^傘《^)了相應(yīng)的時間段，所述中為轉(zhuǎn)子單元繞軸并 與軸確定的法線與定子單元和軸所確定法線所形成的動態(tài)夾角，所述<PT為轉(zhuǎn)子單元繞軸 切線方向與其所受電磁力方向重合狀態(tài)所確定的奪值； 所述斷電時域內(nèi)電源調(diào)制器（1)不輸出電流。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的電源調(diào)制器在供電時域內(nèi)至少包 括兩段不同電流幅值，且按時序呈幅值依次變小，供電時域或其子時域的幅值隨時序呈線 性遞減關(guān)系；或呈2K遞減關(guān)系，所述的指數(shù)K取值0. 55至0. 95 ; 或為如下關(guān)系其中I。為通電起始的電流強度，I g為通 電終止時刻的電流強度。9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述方法還包括校正步驟；所述校正 步驟為將轉(zhuǎn)子單元和定子單元處同軸法線相對、為0的狀態(tài)作為基準(zhǔn)座標(biāo)和基準(zhǔn)時間，當(dāng) 轉(zhuǎn)子單元每次轉(zhuǎn)至基準(zhǔn)座標(biāo)時，電源調(diào)制器（1)進(jìn)行一次時間歸0校準(zhǔn)并記錄本次周期時 間，通過與上次轉(zhuǎn)子單元轉(zhuǎn)至基準(zhǔn)座標(biāo)的周期時間比較，從而獲知轉(zhuǎn)桶（5)旋轉(zhuǎn)周期時間 和轉(zhuǎn)速。10. 基于權(quán)利要求1~5任一洗衣機的電動裝置制動方法，該方法在所述轉(zhuǎn)子單元趨近 定子單元、轉(zhuǎn)子單元和定子單元處同軸法線相對W及處于遠(yuǎn)離狀態(tài)的至少一個時域中，通 過電源調(diào)制器（1)設(shè)定的程序輸出時序電流控制轉(zhuǎn)桶（5)制動； 所述轉(zhuǎn)子單元趨近定子單元的時域為0《華《傘t/3狀態(tài)的相應(yīng)時間段，所述CP為轉(zhuǎn)子 單元繞軸并與軸確定的法線與定子單元和軸所確定法線所形成的動態(tài)夾角，所述<PT為轉(zhuǎn) 子單元繞軸切線方向與其所受電磁力方向重合狀態(tài)所確定的取值。
【文檔編號】H02K11/00GK105986413SQ201510045138
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年1月28日
【發(fā)明人】劉粵榮, 劉通
【申請人】南京蒙奇智能科技有限公司, 劉粵榮