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Erfindungsgebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Motorsteuerung, die einen Permanentmagnetmotor
mit einem Permanentmagneten steuert, der als dessen Rotor vorgesehen
ist, und insbesondere einen Permanentmagneten mit einer Koerzivität,
die hinreichend niedrig ist, um eine Änderung des Magnetisierungsausmaßes zu
ermöglichen. Die Motorsteuerung führt eine Feldausrichtungs-Steuerung
aus, bei der der in dem Motor fließende Strom detektiert
wird. Die Offenbarung betrifft auch eine Trommelwaschmaschine, die
Waschen durch Drehen der Trommel mit dem Permanentmagnetmotor ausführt.
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Hintergrund
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Einer
der Mainstream-Ansätze, die bei neueren Waschmaschinen
angewendet werden, ist eine Feldausrichtungs-Steuerung oder eine
Vektorsteuerung des Motors zum Drehen der Trommel durch ein Direct-Drive-Verfahren.
Die oben beschriebene Konfiguration liefert verbesserte Rotationsgenauigkeit, was
seinerseits zu einem verbesserten Waschverhalten sowie zu einer
verringerten Vibration und verringertem Lärm während
des Betriebs der Waschmaschine führt. Mit der oben beschriebenen
Konfiguration, wenn die Trommel, beispielsweise im Schleudergang,
mit hoher Geschwindigkeit rotiert, wird der d-Achsen-Strom, welcher
nicht zur Drehmomentausgabe beiträgt, angeregt, um eine
Feldabschwächungssteuerung zu bewerkstelligen, die die
induzierte Spannung verringert, welche in der Statorwicklung auftritt.
Eines der Probleme, die bei der Feldabschwächungssteuerung
gefunden wurde, ist der erhöhte Kupferverlust bzw. Widerstand
durch die Anregung des d- Achsenstroms, was unvermeidbar die Rotorbetriebseffizienz
verringert.
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Einer
der Ansätze, um diesem Problem zu begegnen, ist beispielsweise
in der
japanischen
Patentanmeldung 2008-266386A offenbart, in der Permanentmagneten
mit niedriger Koerzivität auf der Rotorseite eines Motors
mit einer Konfiguration mit 48 Polen und 36 Schlitzen angeordnet
sind, und wobei der Permanentmagnet durch vorübergehendes Anregen
der Statorwicklungen mit einem großen Strom demagnetisiert
wird. Die Verringerung des magnetischen Flusses des Permanentmagneten
verringert die induzierte Spannung, die in dem Motor erzeugt wird,
um einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb ohne Durchführung
einer Feldabschwächungssteuerung zu ermöglichen.
Ein Beispiel eines Permanentmagnetmotors mit der oben beschriebenen
Struktur ist in der japanischen Patentanmeldung
JP 2006-280195A offenbart.
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Jedoch
wurde festgestellt, dass der Versuch das Magnetisierungsausmaß in
der oben beschriebenen Art zu ändern, zu einer Magnetisierung/Demagnetisierung
des Permanentmagneten von Zeit zu Zeit in Abhängigkeit
von der Struktur des Motors führt, auch wenn der q-Achsenstrom
für den Zweck der Erzeugung eines Drehmoments mit angeregt wird. 10 zeigt
die Magnetisierungsmessung. Zunächst wird der Permanentmagnet
magnetisiert, um einen Waschbetrieb mit einer Waschmaschine auszuführen,
so dass 43 Volt induzierter Spannung erzeugt werden. Wenn der Waschvorgang
in einem solchen Zustand ausgeführt und Wicklungsstrom
mit etwa 10 Ampere während des Waschvorgangs angeregt wird,
wurde eine Demagnetisierung beobachtet, wobei die induzierte Spannung,
die durch den Motor erzeugt wurde, auf 38 Volt verringert wurde.
Die induzierte Spannung zeigte eine Varianz im Bereich von 34 Volt
bis 42 Volt in einem Bereich von ±10 Ampere, wie es in 10 gezeigt
ist.
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Um
mit den Ergebnissen weiterzuarbeiten, wenn Strom mit etwa 10 Ampere
angeregt wird, wenn ein Drehmoment ausgegeben wird, wird der Strom zur
Magnetisierung und Demagnetisierung des Permanentmagneten im gleichen
Ausmaß mit einem Pegel von ±10 Ampere fließen,
was bei dem Permanentmagnet im magnetisierten Zustand zu einer Demagnetisierung
von in etwa 34 Volt induzierter Spannung und bei dem Permanentmagnet
in demagnetisiertem Zustand zu einer Magnetisierung von etwa 42
Volt induzierter Spannung führen wird. Da dies abwechselnd
auftritt, wenn die q-Achsenspannung angeregt wird, wird die Magnetisierung
folglich bei einer Zwischenspannung von etwa 38 Volt stabilisiert,
wie es vorangehend beschrieben wurde.
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Da
der Waschvorgang der Waschmaschine eine hohe Drehmomentausgabe erfordert,
ist die Erzeugung eines relativ großen Betrags induzierter Spannung
wünschenswert. Wenn jedoch der Permanentmagnet durch die
Anregung des q-Achsenstroms demagnetisiert wird, muß ein
größerer Betrag des q-Achsenstroms angeregt werden,
um das gewünschte Drehmoment zu liefern, was folglich den elektrischen
Verbrauch erhöht.
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Zusammenfassung
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Einer
der Vorteile der Erfindung ist das Bereitstellen einer Motorsteuerung,
die das Wiedergewinnen der Magnetisierung ermöglicht, auch
wenn der Permanentmagnet ungewollt während des Motorbetriebs
demagnetisiert wird, und wobei eine Waschmaschine bereitgestellt
wird, die eine solche Motorsteuerung hat.
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Gemäß einem
erfindungsgemäßen Aspekt wird eine Motorsteuerung
bereitgestellt, die einen Permanentmagnetmotor steuert, mit einem
Rotor, der mit einem Permanentmagnet ausgestattet ist, welcher eine
Koerzivität hat, die niedrig genug ist, um eine Änderung
im Magnetisierungsausmaß zu ermöglichen, und die
eine Vektorsteuerung durch Detektion des in dem Permanentmagnetmotor
fließenden Stroms durchführt, wobei die Motorsteuerung
einen Geschwindigkeits-/Positionsdetektor umfasst, der eine Rotationsgeschwindigkeit
und eine Rotationsposition des Permanentmagnetmotors erfasst, eine
Magnetisierungssteuerung, die die Magnetisierung des Permanentmagneten
in Abhängigkeit von der Rotationsposition des Permanentmagnetmotors durch
Einstellung der Magnetisierungszustandes des Permanentmagneten durch
Armatur-Counteraction erhöht oder verringert, und einen
Magnetisierungsdetektor, der eine Abnahme der Magnetisierung des Permanentmagneten
erfaßt, der durch die Magnetisierungssteuerung während
des Betriebs des Permanentmagnetmotors magnetisiert wird, umfasst.
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Entsprechend
der oben beschriebenen Motorsteuerung, wenn die Demagnetisierungssteuerung
die Abnahme der Magnetisierung des Permanentmagneten mit niedrigerer
Koerzivität detektiert, der von der Magnetisierungssteuerung
während des Betriebs des Permanentmagnetmotors magnetisiert wird,
remagnetisiert die Magnetisierungssteuerung, d. h. sie erhöht
die Magnetisierung des Permanentmagnetmotors durch Wiedergewinnung
der magnetischen Kraft des Permanentmagneten.
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In
einem erfindungsgemäßen Aspekt wird eine Trommelwaschmaschine
bereitgestellt, die einen Permanentmagnetmotor steuert, welcher
einen Rotor mit einem Permanentmagnet umfasst, der eine Koerzivität
hat, die niedrig genug ist, um eine Änderung des Magnetisierungsausmaßes
zu ermöglichen, und die eine Vektorsteuerung durch Erfassen
des Stroms durchführt, der durch den Permanentmagnetmotor
fließt, wobei die Trommelwaschmaschine einen Geschwindigkeits-/Positionsdetektor
umfasst, der eine Rotationsgeschwindigkeit und eine Rotationsposition
des Permanentmagnetmotors erfasst, eine Magnetisierungssteuerung,
die die Magnetisierung des Permanentmagneten in Abhängigkeit
von der Rotationsposition des Permanentmagnetmotors durch Einstellung
im Status der Magnetisierung des Permanentmagneten mittels Armatur-Counteraction erhöht
oder verringert, und einen Magnetisierungsdetektor, der eine Abnahme
in der Magnetisierung des Permanentmagneten, der von der Magnetisierungssteuerung
während des Betriebs des Permanentmagnetmotors magnetisiert
wird, erfasst, wobei ein Waschbetrieb durch Rotation einer Trommel durchgeführt
wird, die die Wäsche enthält, durch eine Rotationstreiberkraft,
die von dem Permanentmagnetmotor erzeugt wird.
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Entsprechend
der oben beschriebenen Waschmaschine, auch wenn der Permanentmagnet des
Permanentmagnetmotors während des Waschbetriebs demagnetisiert
wird, kann die Magnetkraft des Permanentmagneten wiedergewonnen
werden, um zu ermöglichen, dass der Waschbetrieb und andere
Betriebsarten, ohne eine Verschlechterung der Effizienz fortgesetzt
werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Funktionsblockdiagramm einer elektrischen Konfiguration der
Motorsteuerung entsprechend einer ersten beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung;
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2A ist
eine Aufsicht eines Rotors des Permanentmagnetmotors;
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2B ist
eine teilweise perspektivische Ansicht des Rotors;
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3 ist
eine vertikale Querschnittseitenansicht einer Trommelwaschmaschine
mit Trockner;
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4 zeigt
die Konfiguration einer Wärmepumpe;
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5A und 5B zeigen
schematisch, wie die Wäsche innerhalb der Trommel ihre
Position während eines Waschbetriebs ändert;
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6A zeigt
einen Rotationszahlwert und das Drehmoment;
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6B zeigt
einen Übergang des Drehmomentstroms Iq während
eines Waschbetriebs;
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6C zeigt
einen Übergang eines Magnetflusses des Permanentmagnetmotors;
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7A, 7B und 7C zeigen
die Folge der Wiederherstellung durch Remagnetisierung;
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8A und 8B sind
Tabellen, die ein Beispiel jener Fälle zeigen, in denen
die Remagnetisierung des Permanentmagneten erlaubt ist;
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9 entspricht 1 und
zeigt eine zweite beispielhafte Ausführungsform; und
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10 ist
eine erklärende Ansicht eines Problems beim Stand der Technik.
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Detaillierte Beschreibung
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Eine
erste beispielhafte Ausführungsform der Erfindung wird
im Anschluss unter Bezugnahme auf die
1 bis
8B beschrieben.
2A ist eine
Aufsicht, die die Rotorkonfiguration des Permanentmagnetmotors
1 eines
bürstenlosen Typs mit äußerem Rotor zeigt,
und
2B ist eine entsprechende teilperspektivische
Ansicht. Die Merkmale des Permanentmagnetmotors
1 sind ähnlich
zu denen des Motors, der in der japanischen Patentanmeldung
JP 2006-280195A offenbart
ist, mit der Ausnahme der Konfiguration des äußeren
Rotors.
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Der
Permanentmagnetmotor 1 enthält einen Stator 2 und
einen Rotor 3, der am äußeren Rand des
Stators 2 vorgesehen ist. Der Stator 2 umfasst
einen Statorkern 4 und eine Statorwicklung 5.
Der Statorkern 4 ist aus laminierten Schichten ausgestanzter Silizium-Stahlblechen,
die weichmagnetisch sind, hergestellt. Die laminierten Silizium-Stahlbleche
werden miteinander verbacken. Der Statorkern 4 enthält ein
ringförmiges Joch 4a und eine Mehrzahl von Zähnen 4b,
die sich radial vom äußeren Rand des Jochs 4a erstrecken.
Die Oberfläche des Statorkerns 4 ist durch ein
gegossenes Harz, wie etwa PET-Harz, beschichtet, mit Ausnahme der äußeren
Randoberfläche 4c oder der Oberflächen
der Spitzen der Zähne 4d, die der inneren Randoberfläche
des Rotors 3 mit einer dazwischenliegenden Lücke
gegenüberliegen.
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Am
inneren Rand des Stators 2 sind eine Mehrzahl von Befestigungsvorrichtungen 6 (mounts) einstückig
gegossen, die aus PET-Harz sind. Die Befestigungsvorrichtungen 6 sind
mit einer Mehrzahl von Gewindelöchern 6a zum Festlegen
der Befestigungsvorrichtung mittels Schrauben 6 ausgestaltet, so
dass der Stator 2 auf der rückseitigen Oberfläche einer
Wanne 25 der Trommelwaschmaschine mit Trockner 21,
die in 3 gezeigt ist befestigt ist. Die Statorwicklung 5 umfasst
eine Dreiphasenwicklung und ist um jeden der Zähne 4b gewickelt.
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Der
Rotor 3 ist durch den Rahmen 7, dem Rotorkern 8 und
eine Mehrzahl von Permanentmagneten 9 einstückig
strukturiert, die mittels Gußharz gebildet sind. Der Rahmen 7 besteht
aus magnetischem Material, wie einem Stahlblech, das in eine Form
eines Zylinders mit flachen Boden gepreßt ist. Der Rotorkern 8 umfasst
weichmagnetische Stahlbleche, die in einer im Wesentlichen ringförmigen Form
ausgestanzt sind, die miteinander geschichtet und verbacken sind.
Der Rotorkern 8 ist am inneren Rand des Rahmens 7 angeordnet.
Die innere Randoberfläche des Rotorkerns 8, die
der äußeren Randoberfläche des Stators 2 oder
dem Statorkern 4 mit einer zwischenliegenden Lücke gegenüberliegt,
ist durch eine Mehrzahl von Vorsprüngen 8a gebildet, die
nach innen ausgerichtet sind und umfangsmäßig vorstehen.
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Die
Vorsprünge 8a haben rechteckige Einsatzlöcher 13,
die auf diesen vorgesehen sind und in Axialrichtung des Rotorkerns 8 oder
in Richtung der Schichtung der Silizium-Stahlbleche verlaufen, um so
in die Vorsprünge 8a hineinzureichen. Die Einsetzlöcher 13 umfassen
Einsatzlöcher 13a und 13b, die sich voneinander
in ihrer Breite der kürzeren Seite unterscheiden und abwechselnd
entlang der Umfangsrichtung des Rotorkerns 8 angeordnet
sind.
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Der
Permanentmagnet 9 umfasst einen rechteckigen Neodymmagneten 9a,
der ein Magnet mit hoher Koerzivität ist, der in das Loch 13a eingesetzt
ist, und einen rechteckigen Aluminiumnickelkobalt-Magneten (Alnico-Magnet) 9b,
der ein Magnet mit niedriger Koerzivität ist und in das
Loch 13b eingesetzt ist. Die Koerzivität des Neodymmagneten 9a ist
in etwa 900 kA/m, was etwa das Neunfache der Koerzivität
des Alnico-Magneten 9b ist, die in etwa 100 kA/m ist. Zusammenfassend
kann gesagt werden, dass der Permanentmagnet 9 aus zwei
Arten von Permanentmagneten 9a und 9b aufgebaut
ist, die sich voneinander in der Koerzivität unterscheiden und
die abwechselnd in einem im Wesentlichen ringförmigen Layout
innerhalb des Rotorkerns 8 angeordnet sind.
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Die
Bewertung, dass die Koerzivität des Neodymmagneten 9a hoch
und die des Alnico-Magneten 9b niedrig ist, beruht auf
einem relativen Vergleich, dahingehend, dass der Neodymmagnet 9a sein
Magnetisierungsausmaß nicht ändert, wenn er einem
elektrischen Strom in der Größenordnung ausgesetzt
ist, der das Magnetisierungsausmaß des Alnico-Magneten 9b ändert,
bei der Anregung des Magnetisierungsstroms über den Stator.
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Des
Weiteren stellt jede der zwei Arten von Permanentmagnete 9a und 9b einen
magnetischen Pol dar und sie sind so angeordnet, dass ihre Magnetisierungsrichtung
entlang der Radialrichtung des Permanentmagnetmotors 1 verläuft,
anders gesagt, in einer Richtung ausgerichtet von dem äußeren Randabschnitt
des Permanentmagnetmotors 1 zu der Lücke, die
zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 liegt. Wenn
die zwei Arten von Permanentmagneten 9a und 9b abwechselnd
angeordnet und so ausgerichtet sind, dass ihre Magnetisierungsrichtungen entlang
der Radialrichtung angeordnet ist, sind die Magnetpole der Permanentmagneten 9a und 9b benachbart
zu anderen, die in entgegengesetzter Richtung angeordnet sind, ausgerichtet,
was bedeutet, dass der N-Pol eines Typs der Magneten auf der Innenseite
liegt und der N-Pol der verbleibendem anderen Magnettypen auf der
Außenseite liegt. Im Ergebnis verläuft ein Magnetisierungsweg,
in anderen Worten der Magnetisierungsfluß zwischen dem
Neodymmagneten 9a und dem Alnico-Magneten 9b in
einer Richtung, die durch den Pfeil B in 2B angezeigt ist.
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Der
durch die unterbrochene Linie dargestellte Pfeil vom oberen Abschnitt
von 2B zeigt die Richtung an, in der der Magnetfluß durch
den Rotorkern 8 läuft. Das heißt, dass
der Magnetweg so ausgebildet ist, dass er sowohl durch den Neodymmagneten 9a mit
relativ großer Koerzivität als auch den Alnico-Magneten 9b mit
niedrigerer Koerzivität läuft. Der Permanentmagnetmotor 1 hat
eine Konfiguration mit 48 Polen und 36 Schlitzen, die auch als 4
Pol + 3 Schlitz beschrieben werden kann, was bedeutet, dass vier
Pole mit drei Schlitzen verbunden sind.
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Als
nächstes wird eine Beschreibung der Trommelwaschmaschine
mit Trockner 21 geliefert, die mit dem oben beschriebenen
Permanentmotor 1 ausgerüstet ist. 3 ist
eine vertikale Querschnittseitenansicht, die schematisch den inneren
Aufbau der Trommelwaschmaschine mit Trockner 21 beschreibt.
Das Außengehäuse, das die Außenkontur der
Trommelwaschmaschine mit Trockner 21 beschreibt, hat eine
runde Öffnung 23, die an der Vorderseite festgelegt
ist, um Wäsche einzufüllen und herauszunehmen.
Die Öffnung 23 wird mittels einer Tür 24 geöffnet
oder verschlossen. Das Außengehäuse 22 enthält
eine zylindrische Wasserwanne 25 mit ein Boden und rückseitiger
Seitenoberfläche. An der mittleren Rückoberfläche
der Wasserwanne 25 ist der oben beschriebene Permanentmagnetmotor 1,
genauer gesagt der Stator 2, mit Schrauben befestigt.
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Der
Permanentmagnetmotor 1 hat eine Drehwelle 26,
deren rückwärtiges Ende, das Ende auf der rechten
Seite der Darstellung aus 3, an einer
Halterung 10 des Permanentmagnetmotors 1 befestigt
ist, genauer gesagt des Rotors 3, und dessen vorderes Ende,
die linke Seite in der Darstellung von 3, in die
Wasserwanne 25 hineinragt. Am vorderen Ende der Drehwelle 26 ist
eine Trommel 27 mit Boden und einer rückwärtigen
Oberfläche so angebracht, dass sie koaxial mit der Wasserwanne 25 ist,
und die Trommel 27 wird einstückig mit dem Rotor 3 und
der Drehwelle 26 durch den Permanentmagnetmotor 1 zur
Rotation angetrieben. Die Trommel 27 ist mit einer Mehrzahl
von Durchgangslöchern 28, die Luftfluss und Wasserfluss
durch sie hindurch erlauben, und eine Mehrzahl von Rippen 29 zum
Wenden und Verwirbeln der Wäsche innerhalb der sich drehenden
Trommel 27 ausgestaltet.
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Die
Wasserwanne 25 ist mit einem Wasserventil 30 verbunden,
das im geöffneten Zustand Wasser in die Wasserwanne 25 liefert.
Die Wasserwanne 25 ist des Weiteren mit einem Ablassschlauch 32 mit einem
Ablassventil 31 verbunden, das im geöffneten Zustand
das Wasser innerhalb der Wasserwanne 25 abfließen
läßt.
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Unterhalb
der Wasserwanne 25 ist ein Luftflussdurchgang 33 vorgesehen,
der sich in Richtung von vorne nach hinten erstreckt. Das vordere
Ende des Luftflussdurchlasses 33 steht in Verbindung mit der
Wasserwanne 25 über einen vorderen Durchlass 34,
wogegen das rückwärtige Ende mit der Wasserwanne 25 über
einen rückwärtigen Durchlass 35 in Verbindung
steht. An dem hinteren Ende des Luftflussdurchlasses 33 ist
ein Gebläse 36 vorgesehen, das dazu führt,
dass die Luft innerhalb der Wasserwanne 25 von dem vorderen
Durchlass 34 in den Luftflussdurchlass 33 fließt
und zurück in die Wasserwanne 25 über
den rückwärtigen Durchlass 35.
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Am
vorderen Teil des Luftflussdurchlasses 33 ist ein Verdampfer 37 vorgesehen,
wohingegen ein Kondensierer 38 an der rückseitigen
Innenseite vorgesehen ist. Der Verdampfer 37 und der Kondensierer 38 zusammen
mit einem Kompressor 39 und einem Kontrollventil 40 bilden
eine Wärmepumpe 41, wie es in 4 gezeigt
ist, in der die in dem Luftdurchlass 33 fließende
Luft durch den Verdampfer 37 entfeuchtet und durch den
Kondensierer 38 erwärmt wird, um zurück
in die Wasserwanne 25 im Kreis geführt zu werden.
Das Kontrollventil 40 umfasst ein Expansionsventil, das
in gesteuerten Ausmaß geöffnet werden kann.
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An
der Vorderseite des Außengehäuses 22 oberhalb
der Tür 24 ist eine Steuertafel 42 vorgesehen,
die mit einem Mikrocomputer ausgestattet ist, welche zur Steuerung
der nicht gezeigten Schaltung verbunden ist, die den Gesamtbetrieb
der Trommelwaschmaschine mit Trockner 21 steuert. Die Steuerschaltung
führt verschiedene Betriebsabläufe durch Steuerung
der Bauteile durch, wie etwa des Permanentmagnetmotors 1,
des Wasserventils 30, des Ablaßventils 31,
des Kompressors 39, des Kontrollventils 40 entsprechend
den Einstellungen, die durch die Steuertafel 42 vorgenommen
werden. Obwohl es nicht gezeigt ist, ist der Kompressormotor, der
bei dem Kompressor 39 vorgesehen ist, im Wesentlichen der
gleiche wie der Permanentmagnetmotor 1 in der Ausgestaltung.
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1 ist
ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der Motorsteuerung 50 zeigt,
die die Rotation des Permanentmagnetmotors 1 mittels Feldausrückungs-Steuerung
oder Vektorsteuerung steuert. Der Kompressormotor wird ebenfalls
in ähnlicher Art gesteuert. Bei einer Feldausrückungssteuerung
wird der in der Armaturwicklung fließende Strom in Richtung
des magnetischen Flusses des Permanentmagneten, der als Feld dient,
und in Richtung senkrecht zu der Richtung des Magnetflusses geteilt,
und unabhängig gesteuert, um eine Steuerung des magnetischen
Flusses und des erzeugten Drehmoments zu ermöglichen. Stromsteuerung
wird über Stromparameter durchgeführt, die in
d-q-Koordinatensystem dargestellt werden, was ein Koordinatensystem
ist, welches mit dem Rotor 3 des Motors 1 mit
rotiert. Die d-Achse repräsentiert die Richtung des Magnetflusses,
der von dem Permanentmagnet erzeugt wird, der am Rotor 3 angebracht
ist, und die q-Achse repräsentiert die Richtung senkrecht
zur d-Achse. Von den Strömen, die in den Wicklungen fließen,
ist der q-Achsenstrom Iq, der die q-Achsenkomponente repräsentiert,
eine Drehmomentkomponente des Stroms, der das Drehmoment erzeugt,
wohingegen der d-Achsenstrom Id, der die d-Achsenkomponente darstellt,
eine Anregung oder Magnetisierungsstromkomponente ist, die den magnetischen
Fluß erzeugt.
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Stromsensoren 51U, 51V und 51W erfassen die
Ströme Iu, Iv und Iw, die in jeder der drei Phasen fließen,
d. h. in der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase des Motors 1.
Es ist anzumerken, dass die U-Phase, die V-Phase und die W-Phase
auch als U', V' und W' beschrieben werden, wenn hier zu unterscheiden
ist, wie in 2. Die Ströme
Iu, Iv und Iw können durch Ersetzen des Stromsensors 51 durch eine
Konfiguration, in der drei Meßwiderstände zwischen
den Umschaltelementen und Masse des unteren Arms der Inverterschaltung 52 vorgesehen
sind, gemessen werden, wobei die Ströme Iu, Iv und Iw beruhend
auf den Anschlußspannungen erfaßt werden.
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Die
Ströme Iu, Iv und Iw, die von dem Stromsensor 51 erfaßt
werden, werden einer A/D-Wandlung durch einen A/D-Wandler unterzogen,
der nicht gezeigt ist, und werden anschließend in zwei
Phasenströme Ia und Iβ durch eine uvw/dq-Koordinatentransformationsvorrichtung 52 umgewandelt,
um weiter in einen d-Achsenstrom Id und einen q-Achsenstrom Iq gewandelt
zu werden. Die Symbole a und β repräsentieren
die Koordinatenachsen des Zweiachsenkoordinatensystems, das mit
dem Stator 2 des Motors 1 fest verbunden ist.
Bei der Berechnung der Koordinatentransformation wird ein Rotationspositionsabschätzwert θ des
Rotors, in anderen Worten die abgeschätzte Phasendifferenz
zwischen a-Achse und β-Achse, durch eine verwendete Geschwindigkeits-/Positions-Abschätzvorrichtung 54 abgeschätzt.
Die Berechnung erzeugt des Weiteren eine Ausgabe der Rotationsgeschwindigkeit
oder der Winkelgeschwindigkeit ω des Motors 1,
die von der Geschwindigkeits-/Positions-Abschätzvorrichtung 54 abgeschätzt
wird.
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Die
Geschwindigkeits-/Positions-Abschätzvorrichtung 54 schätzt
die Winkelgeschwindigkeit ω des Motors 1 und die
Rotationsposition θ des Rotors ab. Die Geschwindigkeits-/Positions-Abschätzvorrichtung 54 speichert
die Schaltungskonstanten, in anderen Worten Motorkonstanten des
Motors 1, wie etwa die d-Achseninduktanz Ld, die q-Achseninduktanz
Lq der Armaturwicklung und den Wicklungswiderstand R, und sie empfängt
als Eingabe den d-Achsenstrom Id, den q-Achsenstrom Iq und den d-Achsenausgabespannungsbefehl
Vd. Die Geschwindigkeits-/Positions-Abschätzvorrichtung 54 schätzt
die Rotatinsgeschwindigkeit ω des Motors 1 mittels
der d-Achsenmotorspannungsgleichung ab, die im Folgenden als Gleichung
(1) gezeigt ist. Vd = R·Id – ω·Lq·Iq (1)
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Des
Weiteren wird die Winkelgeschwindigkeit ω durch den Integrierer 55 integriert
und das Ergebnis der Integration wird als Rotationspositionsschätzwert θ ausgegeben.
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Ein
Detektor 56 der induzierten Spannung schätzt die
induzierte Spannung Eq des Motors 1 durch die q-Achsenmotorspannungsgleichung,
die als Gleichung (2) dargestellt ist. Vq
= R·Iq + ω·Ld·Id + Eq (2)
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Das
heißt, die induzierte Spannung Eq wird erhalten durch;
d-q-Achsenströme Id und Iq, die durch UVW/dq-Koordinatentransformationsvorrichtung 53 berechnet
werden, q-Achsenausgabespannungsbefehl Vq, der von einer später
zu beschreibenden Stromsteuerung 61 ausgegeben wird, den Rotationsgeschwindigkeitsschätzwert ω,
der von der Geschwindigkeits-/Positions-Abschätzvorrichtung 54 berechnet
wird, dem Wicklungswiderstand R, der vom Motor 1 festgelegt
ist, und von der d-Achseninduktanz Ld.
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Die
Bestimmungsvorrichtung 57 für den Befehl der induzierten
Spannung gibt den Ausgabebefehl der induzierten Spannung Eq_ref
aus, der optional zum Ausführen des Wasch- und Trocknungsbetriebs
der Waschmaschine ist. Wenn der Motor 1 mit einer Magnetisierungs-/Demagnetisierungskennlinie verwendet
wird, wie sie beispielsweise in 10 gezeigt
ist, wird Eq_ref auf 43 Volt beim Ausführen des Waschbetriebs
spezifiziert, da dies die verbesserte Effizienz liefert, wenn die
induzierte Spannung maximiert wird, wohingegen Eq_ref auf 33 Volt
beim Ausführen des Schleuderbetriebs festgelegt wird, da
dies die verbesserte Effizienz liefert, wenn die induzierte Spannung
minimiert ist.
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Der
Demagnetisierungsdetektor 58 vergleicht den Wert Eq_ref,
der von der Bestimmungsvorrichtung 57 für den
Befehl der induzierten Spannung bestimmt wurde, und den Strom, der
durch die Spannung Eq induziert wird, welcher durch den Detektor 56 für
die induzierte Spannung erfaßt wird, und, wenn Eq_ref =
Eq ist, bestimmt er, dass eine Demagnetisierung aufgetreten ist.
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Die
Magnetisierungssteuerung 59 gibt einen Magnetisierungsstrombefehl
Id_com 2 aus, um die Magnetisierung des Motors in Abhängigkeit
von seinem Betriebszustand in den folgenden drei Fällen
zu erhöhen oder zu vermindern: (1) bei einer Erhöhung/Verminderung
der Magnetisierung in Abhängigkeit vom Betriebsstatus der
Waschmaschine; (2) beim Erfassen, dass eine Magnetisierung am Magnetisierungsdetektor 58 abgenommen
hat; (3) beim Bestimmen des Auftretens einer Demagnetisierung der
Größe des Motorstroms (q-Achsenstrom Iq). Id_com2
nimmt einen positiven Wert an, wenn die Magnetisierung zu erhöhen
ist, und einen negativen Wert, wenn die Magnetisierung zu vermindern
ist. Des Weiteren gibt beruhend auf dem Anregungspositionsbefehl θ,
der ausgegeben wird, wenn der Rotor in Drehung ist, die Magnetisierungssteuerung 59 des Weiteren
einen Anregungsbefehl zweimal für jeweils 360° elektrischem
Winkel aus, wobei jede Anregungszeitspanne von wenigen Millisekunden
bis einigen zehn Millisekunden dauert.
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Die
Magnetisierungssteuerung 59 gibt den Magnetisierungsstrombefehl
Id_com2 zur Magnetisierung des Alniko-Magneten 9d, der
beruhend auf der oben erhaltenen Phase θ und der Rotationsgeschwindigkeit ω bestimmt
wird, an den Akkumulator 60 oder einen Addierer 60 aus.
Der Akkumulator 60 gibt die Summe des Magnetisierungstrombefehls Id_com2
und eines Feldabschwächungsstromsbefehls Id_com1 an die
Stromsteuerung 61 als d-Achsenstrombefehl Id_ref aus. Des
Weiteren wird der Rotationszählbefehl ω_ref, der
von externen Komponenten gegeben wird, durch die Rotationsgeschwindigkeit ω durch
den Subtrahierer 61 verringert, um die Differenz zu berechnen,
wobei die Differenz proportional durch den Proportionalintegrierer 63 integriert
wird, um an die Stromsteuerung 71 als q-Achsenstrombefehl
Iq_ref ausgegeben zu werden.
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Die
Stromsteuerung 61 erhält die Differenz zwischen
dem d-Achsenstrombefehl Id_ref und dem d-Achsenstrom Id und die
Differenz zwischen dem q-Achsenstrombefehl Iq_ref und dem q-Achsenstrom Iq
wird jeweils einem Subtrahierer 64d und einem Subtrahierer 64q,
wobei diese Differenzen jeweils durch die Proportionalintegratoren 65d und 65q proportional
integriert werden. Das Ergebnis der Proportionalintegration wird
an den dq/uvw-Koordinatenumwandler 66 als Ausgabespannungsbefehle
Vd und Vq ausgegeben, die in dem d-Koordinatensystem dargestellt
sind. Dann werden bei dem dq/uvw-Koordinatenumwandler 66 die
Spannungsbefehle Vd und Vq in die auf den a-β-Koordinatensystem
beruhende Darstellung umgewandelt, und anschließend weiter in
die Phasenspannungsbefehle Vu, Vv und Vw. Es ist anzumerken, dass
die später beschriebene magnetische Polposition θ verwendet
wird, um die Koordinatenumwandlung von dq/uvw-Koordinatenumwandler 66 zu
berechnen.
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Die
Phasenspannungsbefehle Vu, Vv und Vw werden dem Leistungswandler 67 eingegeben, um
ein pulsbreitenmoduliertes Gatetreibersignal zu erzeugen, um eine
Spannung zu liefern, die dem Befehlswert gleichkommt. Die Inverterschaltung 52 umfasst
eine Dreiphasenbrückenkonfiguration mit Schaltelementen,
wie IGBT (insulated gate bipolar transistor), und empfängt
eine Gleichspannung von einer Gleichspannungsversorgungsschaltung,
die nicht gezeigt ist. Das Gatetreibersignal, das von einem Leistungswandler 67 erzeugt
wird, wird den Gates der Umschaltelemente eingegeben, die die Inverterschaltung 52 bilden,
wodurch eine dreiphasige Wechselspannung (alternating current) in
der Pulsbreite moduliert wird, um den Phasenspannungsbefehlen Vu,
Vv und Vw zu entsprechen, die an die Statorwicklung 5 des
Motors 1 anzulegen sind.
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Bei
der oben beschriebenen Konfiguration wird eine Regulung durch eine
PI-Berechnung (Proportional/Integral-Berechnung) bei der Stromsteuerung 61 durchgeführt,
so dass der d-Achsenstrom Id und der q-Achsenstrom Iq jeweils dem
d-Achsenstrombefehl Id_ref bzw. dem q-Achsenstrombefehl Iq_ref entsprechen.
Eine Abschätzung der Winkelgeschwindigkeit ω,
die das Ergebnis der Steuerung ist, wird im Subtrahierer 62 zurückgeführt,
und der Fehler Δω konvergiert gegen Null durch
die Proportionalintegration durch den Proportionalintegrierter 63.
Die Rotationsgeschwindigkeit ω entspricht so Befehlsgeschwindigkeit ωref.
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Bei
der oben beschriebenen Konfiguration bildet die Motorsteuerung 50 zusammen
mit dem Permanentmagnetmotor 1 ein Motorsteuersystem 70.
Bauteile, die ausschließlich der Inverterschaltung 52 und
dem Pulsweitenmodulationsgenerator 62 zugeordnet sind,
sind durch Software konfiguriert, die einem Mikrocomputer der Motorsteuerung 50 zugeordnet
sind. Unter den Komponenten, die als Softwarekomponenten implementiert
sind, bilden die Komponenten, die ausschließlich dem Detektor
der induzierten Spannung 56, der Bestimmungsvorrichtung
für den Befehl der induzierten Spannung 57, dem
Demagnetisierungsdetektor 58 und der Magnetisierungssteuerung 59 zugeordnet
sind, die Komponenten, die für die Feldorientierungssteuerung
verantwortlich sind.
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Als
nächstes wird der Betrieb der Trommelwaschmaschine mit
Trockner 21 mit einem Permanentmagnetmotor 1,
die im folgenden einfach als Waschmaschine bezeichnet wird, beschrieben. Wenn
die Motorsteuerung 50 die Statorwicklung 5 über
die Inverterschaltung 52 anregt, erzeugt die Gegenwirkung
der Armatur ein externes magnetisches Feld, d. h. ein magnetisches
Feld wird durch den Strom erzeugt, der in der Statorwicklung 5 fließt,
d. h. es wirkt auf die Permanentmagneten 9a und 9b des Rotors 3.
Unter den Permanentmagneten 9a und 9b wird die
Magnetisierung des Alnikomagneten 9b mit geringerer Koerzivität
durch das vorgenannte externe Magnetfeld, das durch die Gegenwirkung
der Armatur erzeugt wird, das auf diesen wirkt, entweder verringert
oder erhöht, um das Ausmaß des magnetischen Flusses
oder des verbundenen magnetischen Flusses, der mit der Statorwicklung 5 verbunden
ist, zu erhöhen oder zu verringern. Somit schaltet bei
der beispielhaften Ausführungsform die Motorsteuerung 50 das
Ausmaß der Magnetisierung des Alnico-Magneten 9b in
Abhängigkeit des Betriebsmodus, wie etwa Waschen, Schleudern
und Trocken durch die Steuerung der Anregung der Statorwicklung 5.
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Beim
Waschen öffnet die Steuerschaltung der Waschmaschine 21 das
Wasserventil 30 zum Zuführen von Wasser in die
Wasserwanne 25, und anschließend wird die Trommel 27 rotiert,
um den Waschvorgang durchzuführen. Der Waschschritt verlangt
ein hohes Drehmoment zum Drehen der Trommel 27 zum Wenden
der nassen Wäsche mit den Rippen 29, aber er verlangt
keine hohe Geschwindigkeit. Somit steuert die Motorsteuerung 50 die
Anregung der Statorwicklung 5 durch die Inverterschaltung 52 über
die Magnetisierungssteuerung 58, so dass der Alnico-Magnet 9b die
magnetische Kraft erhöht. Somit wird das erhöhte
Ausmaß des magnetischen Flusses oder die erhöhte
magnetische Kraft auf die Statorwicklung 5 wirken, um die
Trommel 27 mit hohem Drehmoment und niedriger Geschwindigkeit
zu drehen.
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Beim
Schleudern öffnet die Steuerschaltung das Ablaßventil 31 zum
Ablassen des Wassers aus der Wanne 25 und dreht die Trommel 27 mit
hoher Geschwindigkeit zum Dehydrieren der Feuchtigkeit aus der Wäsche.
Der Schleuderschritt erfordert, dass die Trommel 27 mit
hoher Geschwindigkeit dreht, um die Effizienz des Schleuderns zu
verbessern, aber er verlangt kein hohes Drehmoment. Somit steuert
die Steuerschaltung die Anregung der Statorwicklung 5 durch
die Inverterschaltung 52, um so den Alnico-Magneten 9b in
der magnetischen Kraft zu verringern. Somit wird ein verringertes
Ausmaß des magnetischen Flusses oder eine verringerte magnetische Kraft
auf die Statorwicklung 5 wirken, um die Trommel 27 mit
niedrigem Drehmoment und hoher Geschwindigkeit zu drehen.
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Letztlich,
in dem Trockungsschritt, aktiviert die Steuerschaltung das Gebläse 36 und
die Wärmepumpe 41 und dreht die Trommel 27 zum
Trocknen der Wäsche. In dem Trocknungsschritt steuert die Motorsteuerung 50 die
Anregung der Statorwicklung 5 durch die Inverterschaltung 52,
um so die magnetische Kraft des Alnico-Magneten 9b zu erhöhen,
in Vorbereitung auf den Waschschritt des nachfolgenden Zyklus. Somit
kann das Ausmaß des magnetischen Flusses, das auf die Statorwicklung 5 wirkt,
erhöht werden, um die Rotation mit niedriger Geschwindigkeit
und hohem Drehmoment der Trommel 27 in dem Waschschritt
des nächsten Zyklus zu unterstützen.
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Wie
vorgehend beschrieben wurde, verlangt der Waschbetrieb ein großes
Drehmoment zum Drehen der nassen Wäsche. 5 zeigt
schematisch wie die Wäsche innerhalb der Trommel 27 ihre
Position während des Waschvorgangs ändert. Zu
Beginn der Drehung der Trommel 27 sitzt die Wäsche
an der niedrigsten Position innerhalb der Trommel 27, wie es
in 5A gezeigt ist. Das maximale Drehmoment wird gefordert,
wenn die Wäsche durch die Rippe 29 zu der Position
gehoben wird, die in 5B gezeigt ist. Des Weiteren,
wenn der Zielwert der Rotation der Trommel 27 einen konstanten
Rotationszählwert, beispielsweise 50 Umdrehung
pro Minute, erreicht, wird der Rotationszielwert beim Betrieb für
eine vorgegebene Zeitspanne beibehalten, während der Rotationszählwert
bleibt. Da die Wäsche ihre Umdrehung innerhalb der Trommel 27 fortsetzt,
wenn sich die Trommel 27 mit konstantem Rotationszählwert bewegt,
ist das erforderliche Drehmoment niedriger als zur Aktivierungszeit.
Das heißt, dass während des Waschvorgangs das
Drehmoment maximal ist, wenn der Motor 1 in dem Zustand
in 5B zu laufen beginnt, nachdem seine Bewegung aus
dem Stillstand beginnt.
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6A, 6B und 6C zeigen
zusammen den Bezug zwischen dem Rotationszählwert und dem
Drehmoment während des Waschvorgangs; den Drehmomentstrom
Iq und das Ausmaß des magnetischen Fluß des Motors 1,
in anderen Worten, die induzierte Spannungskonstante, die die induzierte
Spannung pro Einheit des Rotationszählwert zeigt. Wie in
der gestrichelten Linie in 6A gezeigt
ist, tritt ein großes Drehmoment auf, wenn eine Aktivierung
in der Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung
geschieht, und somit steigt der Drehmomentstrom Iq entsprechend.
Wenn der Drehmomentstrom Iq in dem Pegel aus 10A der
Aktivierung fließt, wird der Alnico-Magnet 9b entsprechend
seiner Magnetisierungs-/Demagnetisierungs-Eigenschaften demagnetisiert,
wie es in 10 gezeigt ist, um die induzierte
Spannung des Motors 1 zu verringern, wie es in 6C gezeigt
ist.
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Als
nächstes wird das Verhalten der Steuerung beschrieben,
wenn die Demagnetisierung während des Waschvorgangs auftritt,
wie es in den 6A, 6B und 6C gezeigt
ist. Der Demagnetisierungsdetektor 58 bestimmt die Demagnetisierung
des Motors 1, wenn die folgenden zwei Fälle auftreten:
(1) die induzierte Spannung Eq, die zur Zeit durch den Detektor 56 für
induzierte Spannung erfaßt wird, ist mit einem bestimmten
Prozentsatz oder Ausmaß gegenüber dem Befehl für
induzierte Spannung Eq_ref verringert, der vor dem Waschbetrieb
veranlaßt wurde; (2) der Drehmomentstrom Iq, der von dem
Stromdetektor 51 erfaßt wird, dere der d-q-Transformation
unterzogen wurde, übersteigt einen bestimmten Wert, wie
etwa 6 Ampere. Die Bestimmung wird beruhend auf einer Tabelle vorgenommen,
die durch Sammeln von Information bezüglich des Ausmaßes
des Stromflusses gegenüber der induzierten Spannung der
Demagnetisierung für jeden Motortyp gesammelt wird, wie
es beispielsweise in den Magnetisierungs-/Demagnetisierungs-Eigenschaften
gezeigt ist, die in 10 beispielhaft dargestellt
sind.
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Somit
wird der Demagnetisierungsdetektor 58, wenn er eine Demagnetisierung
erfasst, weiter zur Ausgabe eines Magnetisierungsbefehls an die Magnetisierungssteuerung 59 fortschreiten,
wenn eine oder mehrere der folgenden fünf Bedingungen erfüllt
sind.
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Bedingung 1:
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Wenn
der erfaßte Drehmoment Strom Iq einen bestimmten Wert von
6 Ampere (beispielsweise) überschreitet und anschließend
unter dem vorgegebenen Wert fällt.
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Genauer
gesagt, das Auftreten der Demagnetisierung wird in dem Moment bestimmt,
wenn der Drehmoment Strom Iq den vorgegebenen Wert übersteigt.
Dann verbleibt der Demagnetisierungsdetektor 58 hierbei,
bis die Periode-/Zeitsteuerung zur Ausgabe des hohen Drehmoments,
wie etwa bei der Aktivierung, vorbei ist. Dies liegt daran, dass
auch wenn die Magnetisierung in Abhängigkeit von einem
Absinken des Drehmomentstroms Iq erhöht ist, der von dem
Ausgeben des hohen Drehmoments gefunden wurde, kann der Demagnetisierungsdetektor 58 schnell
ein anderes Auftreten der Demagnetisierung finden. Somit verhindert
die Bedingung 1 einen Anstieg der Demagnetisierung vor der Ausgabe
des hohen Drehmoments, das beispielsweise zum Ausführen
der Aktivierungslast benötigt ist.
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Bedingung 2:
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Wenn
der Motor 1 mit den Rotationszielwert während
des Waschvorgangs oder des Abpumpvorgangs betrieben wird.
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Genauer
gesagt, durch Erhöhen der Magnetisierung, nachdem der Motor 1 den
konstanten Rotationszielwert von 50 Umdrehungen pro Minute erreicht
hat, kann eine Erhöhung der Magnetisierung vor der Ausgabe
des hohen Drehmoments, das für das Ausführen der
Aktivierungslast benötigt wird, verhindert werden, wie
es der Fall in der Bedingung 1 war.
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Bedingung 3:
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Wenn
der Prozentsatz der Änderung oder der Bereich der Änderung
der Amplitude des Drehmomentstroms Iq gleich oder kleiner als ein
vorgegebener Wert ist.
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Genauer
gesagt, die Magnetisierung wird erhöht, wenn der Drehmomentstrom
Iq nicht einer großen Variation ausgesetzt ist, nachdem
die konstante Rotationsgeschwindigkeit erreicht ist. Die Bedingung wird
angewendet, da die Möglichkeit besteht, eine Verringerung
der Magnetisierung zu finden, auch wenn die Magnetisierung, nachdem
die Aktivierungsperiode/Zeitsteuerung der Aktivierungslast vorüber ist,
erhöht wird, wenn der Drehmomentstrom Iq einem großen
Variationsbereich ausgesetzt ist, wie beispielsweise von 3 Ampere
auf 10 Ampere.
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Bedingung 4:
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Wenn
der Mittelwert der Amplitude des Drehmomentstroms Iq innerhalb einer
vorgegebenen Zeitspanne gleich oder kleiner als ein vorgegebener
Wert ist.
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Bedingung
4 wird angewendet, wenn der Drehmomentstrom Iq einen mittleren Wert
von 6 Ampere über eine gegebene Zeitspanne beibehält,
beispielsweise ist dies eine Anzeige, dass der Motor 1 kontinuierlich
einer extrem schweren Last ausgesetzt ist und somit kann eine Erhöhung
der Magnetisierung, die unter einer solchen Zeitspanne ausgeführt wird,
kann schnell von einer Demagnetisierung gefolgt werden.
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Bedingung 5:
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Wenn
die Dauer der Trommelrotation während des Waschvorgangs
oder des Abpumpvorgangs gleich oder größer als
eine vorgegebene Zeitspanne von beispielsweise 10 Sekunden ist.
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Bedingung
5 wird angewandt, da, wenn die Dauer der Vorwärts-/Rückwärtsrotation
der Trommel 27 zu kurz ist, und die Rotation unmittelbar
nach der Zeitspanne zur Ausgabe des hohen Drehmoments, das zum Ausführen
der Aktivierungslast benötigt wird, unmittelbar gestoppt
wird, keine Möglichkeit bestehen würde, die Magnetisierung
zu erhöhen.
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Die
Magnetisierung wird unter den oben beschriebenen Bedingungen für
die folgenden Gründe erhöht. Zunächst
tritt jedesmal Geräusch auf, wenn die Anregung durch Magnetisierung
während des Waschbetriebs auftritt, und somit verringert
die häufige Anregung die Produktqualität der Waschmaschine.
Des Weiteren bewirkt die Magnetisierung, dass große Ströme
in den Umschaltelementen der Inverterschaltung 52 fließen.
Somit werden durch Verringern der Häufigkeit der Magnetisierung
die Umschaltelemente einer geringeren Last ausgesetzt, und somit
wird ihre Lebensspanne verlängert. Die gezeigte exemplarische
Ausführungsform geht von einem Maximum von etwa 6 Ampere
Stromfluss für das Betreiben des Motors 1 aus,
und von etwa 20 Ampere Stromfluss für die Magnetisierung
des Neodymmagneten 9b.
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Die
Folge von Wiederherstellungen aus der Demagnetierung beruhend auf
diesen Bedingungen wird zusammen mit ihren Effekten beschrieben,
wie sie in den 7A, 7B und 7C gezeigt
sind. Wenn der Demagnetisierungsdetektor 58 die Demagnetisierung
des Alnico-Magneten 9b durch den Drehmomentstrom Iq verfasst,
der zum Zeitpunkt der Aktivierung ausgegeben wird, erhöht
die Magnetisierungssteuerung 59 die Magnetisierung zum
Wiederherstellen von der Demagnetisierung, wie es in 7C gezeigt
ist, mit einer Zeitsteuerung, die in 7B gezeigt
ist, beruhend auf der oben beschriebenen Bedingung, um den elektrischen
Verbrauch zu verringern.
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7A zeigt
durch das Symbol I eine bestimmte Stufe innerhalb des Waschbetriebs,
wenn der Motor einen konstanten Rotationszielwert einhält.
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7B zeigt
durch das Symbol II einen Schwellwert des Drehmomentstroms Iq, der
die Demagnetisierung des Alnico-Magneten 9b triggert, und mit
dem Symbol IV eine Änderung des Bereichs des Drehmomentstroms
Iq während I.
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7C zeigt
mit Symbol III die Zeitspanne an, in der die Verringerung des Motormagnetflusses erfasst
wird.
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Des
Weiteren sind die 8A und 8B Tabellen
bzw. Charts, die Fälle zeigen, in denen die Magnetisierung
des Permanentmagneten 9 bei der gezeigten beispielhaften
Ausführungsform erlaubt ist. 8A zeigt
den erlaubten Fall 1, wenn die Wäschelast 4 kg
ist, wohingegen 8B den erlaubten Fall anzeigt,
wenn die Wäschelast 9 kg ist. Beide Tabellen verwenden
Bedingung 5 beim Bestimmen des Erlaubens der Magnetisierung. Beispielsweise,
wenn die Wäschelast 4 kg ist, wie es in 8A gezeigt
ist, wird eine geringere Zeit erwartet für die Vorwärts/Rückwärts-Rotation
der Trommel 27, und, abgesehen von der „ersten
Wäsche”, die 20 Sekunden dauert, wird die Dauer
der darauffolgenden Spitzen bei „Wasser zuführen/bewegen” jeweils
nur 5,2 Sekunden dauern. Die Magnetisierung wird nur während „erste
Wäsche” erlaubt, und der Rest der Schritte wird
keine Magnetisierung erlauben, da die Trommel 27 nur für
eine kurze Zeitspanne rotiert. In dem Fall, in dem die Wäschelast
9 kg ist, wie es in 8B gezeigt ist, dauern andererseits
alle Schritte 10 Sekunden oder länger, mit der Ausnahme
von „Ablass”, der nur 5 Sekunden dauert. In jedem Fall
wird die Magnetisierung in allen Schritten mit der Ausnahme von „Ablass” erlaubt.
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Bei
der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform wird
die Demagnetisierungssteuerung 59, wenn die Demagnetisierung
des Alnikomagneten 9b durch den Demagnetisierungsdetektor 58 während
des Betriebs des Motors 1 erkannt wird, die magnetische
Kraft durch Erhöhen der Magnetisierung des Alnico-Magneten 9b wieder
hergestellt. Der Demagnetisierungsdetektor 58 vergleicht
den Befehl für induzierte Spannung Iq_ref, in dem mit der
Bestimmungsvorrichtung 57 der Befehl der induzierten Spannung
bestimmt wird, beruhend auf dem Betriebsstatus des Motors 1 und
der induzierten Spannung Iq, die durch den Detektor 56 für
induzierte Spannung erfasst wird, und detektiert die Demagnetisierung
des Alnico-Magneten 9b, wenn die detektierte induzierte
Spannung Eq um einen vorgegebenen Prozentsatz oder – wert
bezüglich des Befehls für induzierte Spannung
Eq_ref verringert ist. Die oben beschriebene Konfiguration ermöglicht
eine sichere Detektion der Demagnetisierung.
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Die
Magnetisierungssteuerung 59, wenn die Demagnetisierung
des Alnico-Magneten 9b durch den Demagnetisierungsdetektor 58 erfaßt
wurde, schreitet fort zur Erhöhung der Magnetisierung,
wenn der q-Achsenstrom Iq des Motors 1 einen vorgegebenen
Wert übersteigt, und fällt anschließend
unterhalb des vorgegebenen Wertes. Somit kann die Magnetisierung
erhöht werden, nachdem der Motor 1 das hohe Drehmoment
für die Aktivierung ausgegeben hat, wenn eine geringere
Möglichkeit besteht, eine weitere Demagnetisierung zu finden.
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Des
Weiteren erhöht die Magnetisierungssteuerung 59,
wenn eine Demagnetisierung des Alnico-Magneten 9b durch
den Demagnetisierungsdetektor 58 erfaßt wird,
die Magnetisierung des Alnico-Magneten 9b, wenn der Prozentsatz
der Änderung oder der Bereich der Änderung der
Amplitude des Drehmomentstroms Iq gleich oder kleiner als ein vorgegebener
Wert ist, oder wenn der Mittelwert der Amplitude des Drehmoments
Iq innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne gleich oder kleiner als
ein vorgegebener Wert ist. Somit kann die Magnetisierung erhöht
werden, wenn eine relativ geringe Änderung des d-Achsenstroms
Iq vorliegt, und wenn eine geringe Wahrscheinlichkeit des Findens
einer weiteren Demagnetisierung vorhanden ist.
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Es
wurde eine weitere Trommelwaschmaschine mit Trockner 21 mit
dem Motorsteuersystem 70 mit dem Permanentmagnetmotor 1 und
der Motorsteuerung 50 aufgebaut, um so den Waschbetrieb durch
Drehen der Trommel 27 mit dem Permanentmagnetmotor 1 durchzuführen.
Somit konnten der Waschbetrieb und andere Vorgänge ununterbrochen durch
Wiederherstellen der magnetischen Kraft des Alnico-Magneten 9b durchgeführt
werden, der während des Betriebs des Motors 1 demagnetisiert
wurde, um eine Verschlechterung der Motoreffizienz zu vermeiden.
Der Magnetisierungsdetektor 58 erfaßt die Demagnetisierung
des Alnico-Magneten 9b, wenn der Maximalwert des d-Achsenstroms
Iq, der während der Aktivierung des Motors 1 zur
Zeit des Beginns des Waschvorgangs oder des Ablassvorgangs erfasst
wurde, einen vorgegebenen Wert übersteigt. Somit kann die
Demagnetisierung erkannt werden, wenn die Last des Waschmaschinenbetriebs relativ
hoch ist, wobei während dieser Zeitspanne eine hohe Wahrscheinlichkeit
der Demagnetisierung des Alnico-Magneten 9b vorliegt.
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Als
weiteres wird die Magnetisierungssteuerung 59, wenn die
Demagnetisierung des Alnico-Magneten 9b durch den Demagnetisierungsdetektor 58 erfasst
wurde, die Demagnetisierung des Alnico-Magneten 9b erhöhen,
wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Motors 1 während
des Waschbetriebs oder des Ablassbetriebs konstant wird, oder wenn
der Motor 1 in einer Richtung über eine vorgegebene
Zeitspanne oder länger dreht. Somit kann die Magnetisierung
erhöht werden, wenn die Varianz der Last relativ niedrig
ist und der Motor stabil dreht, wobei in diesem Zustand eine geringere
Wahrscheinlichkeit vorliegt, eine weitere Demagnetisierung zu finden.
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9 zeigt
eine zweite beispielhafte Ausführungsform dieser Offenbarung.
Die Element, die identisch zu denen der ersten exemplarischen Ausführungsform
sind, werden durch die identische Bezugssymbole bezeichnet, und
es werden nur jene Elemente beschrieben, die sich unterscheiden.
Die Motorsteuerung 71 entsprechend der zweiten exemplarischen
Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten exemplarischen
Ausführungsform dahingehend, dass Positionssensoren 72u, 72v und 72w mit
beispielsweise Hallsensoren IC am Motor 1 vorgesehen sind,
und dass die Geschwindigkeit/Position-Abschätzvorrichtung 54 durch
einen Geschwindigkeits Positionsdetektor 73 ersetzt ist.
Der Motor 1 und die Motorsteuerung 71 bilden das
Motorsteuersystem 74.
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Der
Geschwindigkeit/Positions-Detektor 73 erfaßt die
Rotationsgeschwindigkeit ω und die Rotationsposition des
Motors 1 beruhend auf Positionssignalen Hu, Hv und Hw,
die von dem Positionssensor 72 gegeben werden. Das Ergebnis
und die Effekte sind die gleichen wie bei der ersten exemplarischen Ausführungsform.
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Die
Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen und gezeigten beispielhaften
Ausführungsformen begrenzt, sondern kann abgewandelt oder
ausgedehnt werden, wie etwa im Folgenden.
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Der
Permanentmagnet mit hoher Koerzivität und der Permanentmagnet
mit niedriger Koerzivität sind nicht auf Alnikomagnet 9b und
Neodymmagnet 9a beschränkt, sondern können
durch Permanentmagneten versetzt werden, die aus Materialien hergestellt
sind, die geeignete magnetische Eigenschaften liefern. Des weiteren,
wenn die benötigten Ausgabeeigenschaften erhalten werden
können, durch Erhöhen/Verringern der Magnetisierung
des Permanentmagneten mit niedriger Koerzivität, kann der Permanentmagnet
mit hoher Koerzivität weggelassen werden.
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Die
Erfindung kann auf Permanentmagnetmotoren angewendet werden, die
aufgebaut sind, wie es in der vorgenannten
JP 2006-280195 , gezeigt ist.
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Die
Erfindung ist nicht auf die Anwendung auf Waschmaschinen mit Trockner 21 oder
Waschmaschinen ohne Trockner begrenzt, aber kann auch auf andere
Anwendungen angewendet werden, welche einen Permanentmagnetmotor 1 verwenden,
der mit Magneten mit niedriger Koerzitivität als Rotor ausgestattet
ist, bei dem gewünscht ist, dass er die Ausgabeeigenschaften
des Motors bei Änderung der Last ändert.
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Die
vorangehende Beschreibung und Zeichnungen dienen nur zur Verdeutlichung
der Prinzipien der Erfindung und sind nicht als beschränkend
zu verstehen. Verschiedene Änderungen und Modifikationen
werden für den Fachmann ersichtlich sein. Alle diese Änderungen
und Modifikationen sollen in den Rahmen der Offenbarung fallen,
wie er durch die beiliegenden Ansprüche festgelegt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2008-266386
A [0003]
- - JP 2006-280195 A [0003, 0025]
- - JP 2006-280195 [0088]