专利名称：变频驱动的家用电动洗衣机的制作方法
本实用新型所要解决的技术问题是针对洗衣机功率小的特点，提出一种变频驱动的洗衣机，其具有一个与现有技术比较，既有对称多相电动机的优良性能，但结构简化和成本降低的变频驱动系统；包括1.减少变频电路的单元数；2.可以使用以往的单相电动机结构；3.可以消除逆变电路跨接于直流电源的短路低阻抗。本实用新型的技术方案是一种变频驱动的洗衣机，包括把来自电网的电源转换成变频电源，驱动电动机的结构；其特征是，所述结构包括直流电源；时滞1/4周期的对称两相逆变电路，连接在所述直流电源的输出端；空间相差π/2电角度的两相对称绕组电动机，连接在所述逆变电路的输出端。该方案的进一步设计之一是，所述直流电源包括交流电源；整流滤波电路，为一组正半波整流滤波电路和一组负半波整流滤波电路，其输入端连接在所述交流电源的输出端，其输出端与交流电源有一公共端；并且，所述逆变电路为双半波4单元，每二个单元为一组，每一组连接所述电动机的一个相绕组。该方案的进一步设计之二是，所述电动机是鼠笼式感应电动机。所述变频驱动系统的对称两相电源是提供两个振幅相同、时滞等于1/4周期的交流电压的多相电源；电动机为空间相差π/2电角度的两相对称绕组电动机。对称多相电动机的基波性能与相数无关。其中，三相制对于大功率电力系统优点突出，并成为供电网除单相电源外唯一的多相电源，但对称两相制对于小功率电力系统则较为简单，在以往只因缺乏方便的电源不便使用。在单相电容电动机的研究中，提出过以对称两相电动机的原理作为分析手段，并提出过以三相电源演变出研究试验所需的对称两相电源。在单相供电的洗衣机以往不能建立和使用的对称两相电源，在本实用新型是在来自电网的电源转换成变频电源的同时形成。关于上述方案中的变频电源，本实用新型的一个解决方案是变频电源是把来自电网的电源经整流滤波电路和逆变电路转换而成。整流滤波电路是与来自电网的电源回路有一公共端的一组正半波整流滤波电路和一组负半波整流滤波电路所组成，形成供给逆变电路的正和负各一组直流电源；逆变电路为双半波4单元，每二个单元为一组，把直流电源调制为变频的和时滞等于1/4周期的对称两相电源。每一组向电动机的一相供电。本发明的方案，整流元件数较桥式整流电路减少二分之一；逆变电路中的单元数较三相电路减少了三分之一；各单元经电动机阻抗串联接电源，可避免误触发导致的大电流短路以至烧毁元件，提高可靠性，因而可简化保护电路和选用较普通的元件。关于上述方案的空间相差π/2电角度的两相对称绕组电动机，可以是感应电动机或永磁无刷电动机、磁阻电动机和磁滞电动机。本实用新型的一个解决方案是采用一种感应电动机——空间相差π/2电角度的两相对称绕组鼠笼式电动机。它就是以往洗衣机上使用的单相电容运转电动机，但由对称两相电源供电，省去原有的电动机电容器；有明显提高的效率和转矩，因而可节省电动机的电磁材料；电动机的旋转磁场由椭圆形变为圆形，因而明显降低电磁振动噪声。对称多相电动机与同样是对称电动机的三相电动机相比，定子少一相的槽数，对于小功率电动机的小直径铁心，开槽显得更适宜；绕组少一个相平面，嵌线简化，以至以往制造洗衣机的电动机的两相式自动嵌线设备可以继续使用。此外的其他电动机的结构和工艺均比感应电动机复杂，于可靠性和成本不利，而在洗衣机中的使用性能差异不大。电动机7的控制装置10包括由来自电网的例如220V50HZ的交流电源11，和连接于其输出端并把交流电源11整流而变换成直流电压的整流滤波电路12，构成的直流电源13；在直流电源的输出端连接的逆变电路14。在逆变电路的输出端连接着电动机7。此外，逆变电路14连接于控制机构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。
图1是表示本实用新型实施例中电动机7和控制装置10的电路图。图中，整流滤波电路12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11的一输出线(通常为中性线)相连。此为本实用新型实施例提出的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13备有与电动机7的两相绕组Wa和Wb对应的二个高电位侧单元(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。
逆变电路为双半波4单元，每二个单元为一组，在控制机构15的控制下，把直流电源调制为变频的和时滞等于1/4周期的对称两相电源开关元件V1a、V2a组成一组双半波逆变电路，向电动机的a相绕组供电；开关元件V1b、V2b组成另一组双半波逆变电路，向电动机的b相绕组供电。关于变频调制的方式，本实施例为现有技术的电压型脉宽调制(PWM、SPWM等)方式，但也可以为电流型或/和脉幅调制等方式；以及为了有更优良的调速性能，还可以是进行变频调制的同时进行电压调制。
控制机构15含有PWM输出机构，并在微计算机内构成，按照洗衣机运转特性所需的固有设定和动态调整的要求，除控制逆变电路输出的电源为对称两相外，还控制其频率、电压和波形。微计算机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。此外，微计算机还会包括本实施例的洗衣机进行工作所需的洗涤、漂洗和脱水的程序和对相关的传感和控制功能的处理。这些均属于现有技术。
本实施例电动机7直接选用符合中华人民共和国行业标准JB/T3758-1996《家用洗衣机电动机通用技术条件》要求的电动机，视洗衣机的负载容量选择适当的功率等级。该类电动机通常已是空间相差π/2电角度的两相对称绕组结构，只因用于单相电源，其中称为副相的一相是串联移相电容器后再与主相并联接往电源，因而工作于非对称状态。在本实施例，由于电动机对称运行效率提高，相对以往洗衣机上所用的电动机，所选功率等级至少可降低一档；噪声要求也可以有所降低。并且，由于是由变频电源供电，统一的标准化的电动机可适应电网电压频率因地域而不同的情况，有利于国际贸易。
本实用新型达到了使用变频技术改进洗衣机，但可简化现有技术的变频驱动系统的结构和降低成本的目的。