直驱电机的驱动控制方法、系统及直驱电机系统

技术领域

本发明涉及电机领域，具体涉及一种直驱电机的驱动控制方法、系统及直驱电机系统。

背景技术

电机是洗衣机等家用电器设备中最重要的装置。现有技术中，电机反电动势不可调，为了保证低速驱动的带载能力，对电机的反电动势设置较高，由于电机的反电动势与转速成正比，在电机高速运转时，电机反电动势会达到一个较高的值，市电经过整流后无法进行直接驱动电机，需要对电机进行弱磁控制，牺牲了电机效率，导致在电机高速运转时电机效率较低，耗电量较高。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种直驱电机的驱动控制方法、系统及直驱电机系统，旨在解决现有的电机反电动势不可调、电机高速运转时电机效率较低、耗电量较高的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出的一种直驱电机的驱动控制方法，通过驱动控制系统实现；所述驱动控制系统包括驱控模块和前处理模块；所述直驱电机包括定子和转子，所述定子的每相绕组包括并绕的多条绕线，每条所述绕线的两端分别与所述前处理模块相连接；所述驱动控制方法包括：

所述驱控模块使用驱动信号驱动所述直驱电机运转，并将启动信号发给所述前处理模块；

所述前处理模块接收所述驱控模块的启动信号，启动并获取所述直驱电机的转速，并根据所述转速对每相所述绕组的绕线串并联方式进行设置。

优选地，所述根据所述转速对每相所述绕组的绕线串并联方式进行设置，包括：

根据所述转速小于第一预设转速阈值，将所述绕组的各绕线设置为串联方式；

根据所述转速大于或等于第二预设转速阈值，将所述绕组的各绕线设置为并联方式；所述第二预设转速阈值大于或等于所述第一预设转速阈值。

优选地，所述第一预设转速阈值为100r/min。

优选地，所述第二预设转速阈值为800r/min。

本发明还提供一种直驱电机的驱动控制系统，所述直驱电机包括定子和转子，所述驱动控制系统包括前处理模块和驱控模块；所述定子的每相绕组包括并绕的多条绕线，每条所述绕线的两端分别与所述前处理模块相连接；

所述驱控模块分别连接所述前处理模块和直驱电机，用于使用驱动信号驱动所述直驱电机运转，并将启动信号发给前处理模块；

所述前处理模块接收所述驱控模块的启动信号，启动并获取所述直驱电机的转速，并根据所述转速对每相所述绕组的绕线串并联方式进行设置。

优选地，所述前处理模块所执行的所述根据所述转速对每相所述绕组的绕线串并联方式进行设置，包括：

根据所述转速小于第一预设转速阈值，将所述绕组的各绕线设置为串联方式；

根据所述转速大于或等于第二预设转速阈值，将所述绕组的各绕线设置为并联方式；所述第二预设转速阈值大于或等于所述第一预设转速阈值。

本发明还提供一种直驱电机系统，包括直驱电机以及上述任一项的驱动控制系统。

优选地，所述多条绕线的数量为两条。

本发明还提供一种洗衣机设备，包括上述任一项所述的直驱电机的驱动控制系统，或者，包括如上述任一项所述的直驱电机系统。

本发明技术方案的直驱电机的驱动控制方法，通过前处理模块获取直驱电机的转速，并根据转速对每相绕组的绕线串并联方式进行设置，从而实现了根据不同转速采用对应的绕线串并联方式，能够达到电机反电动势可调节的效果，提升了电机高速运转时的效率，降低了耗电量。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者，部分特征和优点可以从说明书中推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本申请实施例了解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明第一个实施例中的定子的绕组绕线方式示意图；

图2为本发明第一个实施例中的直驱电机的驱动控制方法流程图；

图3为本发明第一个实施例中的根据所述转速对每相所述绕组的绕线串并联方式进行设置的流程图；

图4为本发明另一个实施例中的直驱电机系统的结构框图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

影响永磁同步电机运转的三大关键因素为：电阻、电感、反电动势。电阻主要会影响电机运转电流的损耗，进而影响电机的效率、整机的耗电量；影响电阻的参数：绕组的材料(铜或铝，由于铜线昂贵，目前家用电机首选铝线)、电机线径、绕组匝数；电感主要影响电机控制响应的加速度；电阻，反电动势不变的前提下，电感增大，电机相应常数变大，电机启动时间会加长；反电动势是反抗电流通过或反抗电流变化的电动势。反电动势的大小主要用于表征电机单位电流下扭矩输出能力，反电动势大小与电机运转速度成正比。

本申请的第一个实施例提供了一种直驱电机的驱动控制方法，通过直驱电机的驱动控制系统实现，该直驱电机包括定子和转子，该驱动控制系统包括前处理模块和驱控模块；如图1所示，该直驱电机的定子1的每相绕组包括并绕的多条绕线2；每条绕线2的两端分别与该前处理模块相连接；该驱控模块分别连接所述前处理模块和直驱电机，用于使用驱动信号驱动该直驱电机运转，并将启动信号发给前处理模块；该前处理模块接收所述驱控模块的启动信号，启动并获取该直驱电机的转速，并根据该转速对每相绕组的绕线串并联方式进行设置。

参考图2所示，所述驱动控制方法包括以下步骤：

S10、驱控模块使用驱动信号驱动所述直驱电机运转，并将启动信号发给前处理模块；

S20、前处理模块接收所述驱控模块的启动信号，启动并获取所述直驱电机的转速，并根据所述转速对每相所述绕组的绕线串并联方式进行设置。

在某些实施方式中，参考图3所示，所述根据所述转速对每相所述绕组的绕线串并联方式进行设置，包括以下步骤：

S201、根据所述转速小于第一预设转速阈值，将所述绕组的各绕线设置为串联方式；

S202、根据所述转速大于或等于第二预设转速阈值，将所述绕组的各绕线设置为并联方式。其中，第二预设转速阈值大于或等于第一预设转速阈值。

在第二预设转速阈值大于第一预设转速阈值的情况下，当转速大于或等于第一预设转速阈值并且小于第二预设转速阈值时，绕组的各绕线方式保持不变。通过第二预设转速阈值大于第一预设转速阈值的设定，可以避免绕组的绕线方式随着转速变动而频繁变动。

在某些实施方式中，第一预设转速阈值例如可以为100r/min或200r/min或其他数值，第二预设转速阈值例如可以为800r/min或其他数值。第一预设转速阈值和第二预设转速阈值具体可以根据实际需要进行设定。

本实施例的直驱电机的驱动控制方法，根据转速对每相绕组的绕线串并联方式进行设置，从而实现了根据不同转速采用对应的绕线串并联方式，能够达到电机反电动势可调节的效果，提升了电机高速运转时的效率，降低了耗电量。

本申请的另一个实施例提供了一种直驱电机的控制方法，通过第一个实施例的驱动控制系统实现，直驱电机的每相绕组采用两路并绕的绕线方式，共12个端口接入前处理模块，前处理模块进行判断每相绕组的串并联方式并向驱控模块输出U、V、W三相电流，驱控模块与直驱电机相连接，用于驱动直驱电机。每相绕组的绕线数目也可以为两路以上的其他数值，具体可以根据实际需要进行设定，采用两路绕线是一种优选的实施方式。

在绕组线径不变的情况下，对电机的驱控方法：

电机转速在100r/min以下时，将绕组的绕线串并联方式设置为串联；

当电机转速大于或等于100r/min时，将绕组的绕线串并联方式设置为并联方式，电机反电动势下降为之前的1/2，电阻下降为之前的1/4，且常规高速不需要弱磁控制，效率较高。

例如，一台直接驱动电机的匝数为160，相间电阻为20Ω，1000r/min时对应的反电动势为310V，该直接驱动电机由于弱磁的原因，在高速1400rpm下3N.m(额定)对应的效率大概为65％～68％。

但若该电机绕组线径不变，双线并绕80匝时驱控电机的参数如下：

该电机在35～55r/min工况下，电机参数与常规马达一致；

该电机转速升高，当转速超过100rpm时，前处理模块进行串并联方式切换，电机反电动势下降为原来的1/2，相间电阻下降为5Ω，当电机在1400rpm下额定扭矩3N.m时，计算得到

P

P

P

效率＝440/(440+3.5+76)＝84.7％；

根据理论计算及仿真验证，采用根据转速设置对应的绕线串并联方式能够大幅度地提升电机效率，降低耗电量。

本申请的另一个实施例提供了一种直驱电机的驱动控制系统，该直驱电机包括定子和转子，该驱动控制系统包括前处理模块和驱控模块；该定子的每相绕组包括并绕的多条绕线；每条绕线的两端分别与该前处理模块相连接；该驱控模块分别连接所述前处理模块和直驱电机，用于使用驱动信号驱动该直驱电机运转，并将启动信号发给前处理模块；该前处理模块接收所述驱控模块的启动信号，启动并获取该直驱电机的转速，并根据该转速对每相绕组的绕线串并联方式进行设置。本实施例的驱动控制系统能够实现第一个实施例中的直驱电机的驱动控制方法。

在某些实施方式中，前述前处理模块所执行的前述根据该转速对每相绕组的绕线串并联方式进行设置，包括：

根据所述转速小于第一预设转速阈值，将所述绕组的各绕线设置为串联方式；

根据所述转速大于或等于第二预设转速阈值，将所述绕组的各绕线设置为并联方式。第二预设转速阈值大于或等于第一预设转速阈值。

在某些实施方式中，所述前处理模块可以为微处理器或微控制器，所述驱控模块可以为微处理器或微控制器。微处理器例如可以采用ARM处理器等。微控制器例如可以采用单片机等。

在某些实施方式中，驱控模块可以包括控制模块以及分别与控制模块相连接的驱动信号产生模块和启动信号发生模块，驱动信号产生模块用于在控制模块的控制下产生驱动信号，启动信号发生模块用于在控制模块的控制下产生启动信号。

在某些实施方式中，前处理模块可以包括转速采集模块和绕线串并联方式切换模块，转速采集模块用于采集电机的转速，绕线串并联方式切换模块用于对每相所述绕组的绕线串并联方式进行切换。

在某些实施方式中，前处理模块还可以包括逆变器，逆变器与绕线串并联方式切换模块相连接，逆变器用于把直流电能转变成定频定压或调频调压交流电，并将该交流电输入绕线串并联方式切换模块。

直驱电机的驱动控制系统，前处理模块用于获取直驱电机的转速，并根据转速对每相绕组的绕线串并联方式进行设置，从而实现了根据不同转速采用对应的绕线串并联方式，能够达到电机反电动势可调节的效果，提升了电机高速运转时的效率，降低了耗电量。

本申请的另一个实施例提供了一种直驱电机系统，包括直驱电机以及上一个实施例所提供的直驱电机的驱动控制系统。如图4所示，电机、前处理模块和驱控模块依次连接。

直接驱动电机(简称直驱电机)包括转子和定子，定子的每相绕组包括并绕的n条绕线，其中n≥2；每相绕组的n个进线端与n个出线端分别连接到驱控模块。作为一种优选的实施方式，可以取n＝2。例如在本实施例中，n＝2，三相绕组共6条绕线，共12个端口，如图4所示，12个端口分别为u1、u2、v1、v2、w1、w2、u1’、u2’、v1’、v2’、w1’和w2’。前处理模块向驱控模块输出U、V、W三相电流。绕组n线并绕的绕线方式，大幅度缩短了产品生产周期，提高了产品生产效率。

前处理模块与驱控模块可以采用分体式结构或集成式结构。前处理模块用于在电机处于不同的转速时分别对应选择绕组的绕线串并联方式，从而能够达到电机反电动势可调节的效果，提升了电机高速效率，降低了耗电量。

本申请的另一个实施例提供了一种洗衣机设备，包括上述任一实施方式的直驱电机的驱动控制系统，或者，包括上述任一实施方式的直驱电机系统。

洗衣机设备的运转调速范围广，以便于洗涤与脱水模式；在洗涤模式下，电机转速较低；而在脱水模式下，电机转速较高；电机的反电动势与转速成正比，本实施例的洗衣机设备采用了上述实施方式的驱动控制系统，能够实现电机反电动势可调节，在洗衣机设备的洗涤模式和脱水模式下，能够根据不同的转速调整绕线串并联方式，提升了电机高速运转时的效率，降低了耗电量。

本领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上所述实施例仅表达了本申请的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。