CN101130921B - 洗衣机和计算衣物量的方法 - Google Patents

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Abstract

一种洗衣机和计算衣物量的方法。所述洗衣机包括旋转筒，所述旋转筒具有用于将衣物放入其内的内部空间，并通过驱动电动机在旋转方向绕旋转轴可旋转地安装，并且所述洗衣机包括：旋转时间计算单元，所述旋转时间计算单元计算旋转筒旋转一次的时间周期；脉冲转矩产生单元，所述脉冲转矩产生单元在当旋转筒旋转一次时的时间周期期间将预定的电流或电压供应到电动机，并通过输出轴从电动机产生脉冲转矩；加速度测量单元，所述加速度测量单元根据从电动机产生的脉冲转矩测量电动机的输出轴的旋转加速度；以及重量计算单元，所述重量计算单元通过旋转加速度计算放入到旋转筒的内部空间中的衣物重量。

Description

洗衣机和计算衣物量的方法
技术领域
本发明涉及一种洗衣机和计算衣物量的方法，其中所述洗衣机包括计算放入到旋转筒(spin basket)的内部空间中的衣物量(重量)的衣物量计算单元。
背景技术
传统地，包括测量放入到旋转筒的内部空间中的衣物的重量的衣物量计算单元的洗衣机公开在日本未审查专利申请公开出版物第2002-336593号、第2004-267334号和日本已审查的专利申请公开出版物第07-90077号中。
在这种洗衣机中，转矩以预定的周期施加到电动机，以直接或间接测量旋转筒的惯性力矩，而衣物量利用运动第二定律(转矩＝惯性力矩×加速度)计算。洗涤过程中的水量通过计算的衣物量来设定。
在传统的洗衣机中，衣物不均匀地分布在旋转筒的内部空间中，因此出现不平衡。当出现不平衡时，旋转筒的旋转速度根据在圆周方向上的不平衡位置的变化而周期性地变化。因此，惯性力矩在短时间内测量，且增加了误差。结果，传统地，由于不平衡造成的影响通过长时间测量惯性力矩而减至最小。
然而，当转矩施加到电动机且长时间测量惯性力矩时，电动机的旋转速度(旋转筒的旋转速度)明显改变，因此，物理影响和电气影响已经影响了衣物量的计算，这些物理影响如高速旋转时的偏差、轴承的摩擦阻力、衣物的接触摩擦和机械振动、而电气影响如旋转速度检测误差和电源电压的变化。因此，无法准确地计算衣物量。
传统地，为了抑制这些影响，进行几次长时间的测量，而衣物量通过平均测量值计算。因此，要花费大量时间计算衣物量，使得不可能快速计算衣物量。
发明内容
因此，本发明的一个方面是提供一种洗衣机以及计算衣物量的方法，所述洗衣机和方法能够在很短的时间内准确测量放入到旋转筒的内部空间中的衣物量。
本发明的其它方面和/或优点将部分地在以下说明中阐述，并且将从该说明中部分地清楚呈现，或者可以通过本发明的实施获悉。
以上和/或其它方面可以通过提供一种洗衣机获得，所述洗衣机包括：旋转轴，所述旋转轴包括输出轴；电动机；旋转筒，所述旋转筒具有用于将衣物放入其内的内部空间，并通过驱动电动机在旋转方向绕旋转轴可旋转地安装，所述洗衣机包括：旋转时间计算单元，所述旋转时间计算单元计算旋转筒旋转一次的时间周期；脉冲转矩产生单元，所述脉冲转矩产生单元在当旋转筒旋转一次时的时间周期期间将预定的电流或电压供应到电动机，并通过电动机的输出轴产生脉冲转矩；加速度计算单元，所述加速度计算单元根据从电动机产生的脉冲转矩计算电动机的输出轴的旋转加速度；以及重量计算单元，所述重量计算单元通过计算的旋转加速度计算放入到旋转筒的内部空间中的衣物重量。
在具有上述结构的洗衣机中，所述旋转时间计算单元计算旋转筒旋转一次的时间量，而所述脉冲转矩产生单元在当旋转筒旋转一次时的时间周期期间将预定的电流或电压供应到电动机，并通过输出轴从电动机产生脉冲转矩。所述加速度计算单元根据从电动机产生的脉冲转矩计算电动机的输出轴的旋转加速度，而所述重量计算单元通过旋转加速度和衣物量计算惯性力矩。对于旋转筒的旋转和旋转时间所测量的速度变化(即，加速度)为速度除以时间，而所述重量计算单元通过由运动第二定律(转矩＝惯性力矩×加速度)计算的惯性力矩计算衣物量。
当旋转筒中出现不平衡时的速度变化周期等于旋转筒旋转一次时的时间周期。因此，通过在当旋转筒旋转一次时的时间周期期间测量惯性力矩可以抑制由于不平衡造成的影响。
由于可以在旋转筒旋转一次的短时间周期内准确地计算衣物量，所以可以准确地计算衣物量，而没有物理影响以及电气影响，物理影响如高速旋转时的偏差、轴承的摩擦阻力、衣物的接触摩擦和机械振动，电气影响如旋转速度检测误差和电源电压的变化。
附图说明
结合附图从下面优选实施例的说明，将使本发明的这些和/或其它方面和优点变得更加清晰和容易理解，其中：
图1是显示根据本发明实施例的洗衣机的结构的横截面图；
图2是显示设置在图1所示的洗衣机中的衣物量计算单元的方框图；
图3是设置在图1所示的洗衣机中的衣物材料确定单元的方框图；
图4是显示设置在图1所示的洗衣机中的电动机的速度变化的视图；
图5是说明确定衣物量的方法的流程图；
图6是显示根据本发明实施例的电动机的转矩和电动机的速度之间的关系的图表；
图7是显示根据本发明实施例的在脱水过程中的电动机的转数的图案的图表；以及
图8是说明根据本发明实施例的在脱水过程中确定衣物材料的方法的流程图。
具体实施方式
现在，将详细参考本发明的实施例，本发明的实例在附图中说明，其中相同的参考符号在全文中表示相同的元件。以下通过参照附图说明实施例以说明本发明。
根据本发明实施例的洗衣机为滚筒式洗衣机10，所述滚筒式洗衣机可以执行洗涤和脱水过程。如图1到图3所示，洗衣机10包括壳体11、悬挂在壳体11中的洗衣桶12、可旋转地安装在洗衣桶12中的旋转筒20(旋转体)、用于为旋转筒20供水或从旋转筒20排水的供应/排出单元30、在旋转方向绕旋转轴L旋转旋转筒20的电动机40、计算放入到旋转筒20中的衣物W(图4)的重量(即，衣物量)的衣物量计算单元50、以及在脱水过程中控制旋转筒20的旋转的脱水过程控制单元60。
洗衣桶12具有底部且为圆柱形形状。洗衣桶12的主轴21相对水平面倾斜而向上定位在洗衣桶12的前侧(图1的右侧)。洗衣桶12由在壳体11内的多个弹簧13和/或阻尼器14支撑。洗衣桶12的开口通过设置在壳体11的前表面上的门15打开或关闭。
可旋转地支撑旋转筒20的主轴21的轴承16设置在洗衣桶12的后侧(图1的左侧)。
设置在洗衣桶12中的旋转筒20具有底部且为圆柱形形状。开口设置在旋转筒20中朝向洗衣桶12的开口。可以在旋转方向绕旋转轴L旋转旋转筒20的主轴21设置在旋转筒20的后侧，并由洗衣桶12的轴承16支撑。因此，旋转筒20的旋转轴L和洗衣桶12的中心轴彼此大体相同。
朝向内圆周侧凸出的多个提升器22以相同的间隔在圆周方向设置在旋转筒20的内圆周表面上。提升器22根据旋转筒20的旋转提升放入到其中的衣物W。
使旋转筒20的内部与洗衣桶12连通的多个孔23形成于旋转筒20中。流入到洗衣桶12的水在洗涤过程期间通过孔23流入到旋转筒20，而流出衣物W的水在脱水过程期间通过孔23从旋转筒20流入到洗衣桶12。
供应/排出单元30包括将水供应到洗衣桶12的供应管31、设置在供应管31上的供应阀32、从洗衣桶12排出水的排出管33、以及设置在排出管33上的排出阀34。
供应管31将洗衣桶12的后端连接到设置在洗衣机10外的水管，并将水供应到洗衣桶12中，以通过孔23将水供应到旋转筒20中。
排出管33的一端连接到洗衣桶12的下部，使得通过孔23从旋转筒20流入到洗衣桶12的水排出到洗衣机的外部。
例如，电动机40为在旋转方向绕旋转轴L旋转主轴21的DC电动机。旋转筒20在电动机40每旋转一转时旋转一次。
电动机40包括测量电动机40的旋转速度ω的霍耳(Hall)IC传感器41。电动机40的操作通过电动机旋转控制单元42控制。
如图2所示，衣物量计算单元50包括计算旋转筒20旋转一次时的时间周期的旋转时间计算单元51；脉冲转矩产生单元52，所述脉冲转矩产生单元在旋转筒旋转一次时的时间周期t期间将预定的电压供应到电动机40，并通过输出轴从电动机40产生脉冲转矩；根据脉冲转矩测量电动机40的输出轴的旋转加速度的加速度测量单元53；以及利用旋转加速度计算放入到旋转筒20中的衣物W的重量的重量计算单元54。
如图3所示，脱水过程控制单元60包括确定旋转筒20的转数的转数确定单元61；计算放入到旋转筒20的内部空间中的衣物量的衣物量计算单元50；储存通过衣物量计算单元50计算的衣物量的衣物量储存单元62；计算衣物量的变化的衣物量变化计算单元63；通过衣物量的变化确定衣物材料的衣物材料确定单元64；以及脱水条件选择单元65，所述脱水条件选择单元通过衣物材料确定单元64的确定结果从多个脱水条件选择最佳的脱水条件。
在下文中，将说明具有上述结构的洗衣机10的洗涤方法。
首先，当打开门50时，将衣物W放入到旋转筒20，将门15关闭并使用操作面板选择预定的操作，衣物量计算单元50计算在干燥状态的衣物量M，水量根据衣物量M确定，并开始洗涤过程。
在洗涤过程中，通过打开供应阀32经由供应管31将水供应到旋转筒20中，并且根据衣物量M，在达到水量时通过关闭供应阀32停止供水。通过电动机旋转控制单元42控制的电动机40在旋转方向绕旋转轴L旋转旋转筒20。此时，提升器22根据旋转筒20的旋转提升衣物W，提升的衣物W从旋转筒20的上侧下落而与旋转筒20的下侧碰撞。因此，对衣物W进行有效地击打。将清洁剂充分地供应到旋转筒20中。
当洗涤过程结束后，执行清洗过程。在清洗过程中，通过打开排出阀34经由排出管33排出包含在旋转筒20中的水，然后关闭排出阀34。接着，在通过供应管31将水供应到旋转筒20中的状态下，旋转筒20旋转，然后，排出包含在旋转筒20中的水。
接着，执行去除包含在衣物W中的水的脱水过程。在通过打开排出管34经由排出管33排出包含在旋转筒20中的水的状态中，旋转筒20在旋转方向以高速绕旋转轴L旋转。然后，水通过旋转筒20的旋转所产生的离心力流出衣物W，并通过孔23排出到旋转筒20的外部。
衣物W的洗涤通过上述过程使用洗衣机10执行。
在脱水过程中，当放入到旋转筒20的衣物W不均匀地分布并因此出现不平衡时，如图4所示，旋转筒20和电动机40的旋转速度由于衣物W在圆周方向的位置而周期变化。即，当衣物W位于旋转筒20的上侧时，重力增加到电动机40的功率中，因此，旋转筒20和电动机40的旋转速度增加，而当衣物W位于在旋转筒20的下侧时，重力抵抗电动机40的功率作用，因此，旋转筒20和电动机40的旋转速度减小。
接着，将参照图5说明计算在具有上述结构的洗衣机10中的衣物量的方法。
首先，电动机40使旋转筒20旋转。参照图5，在此状态中，通过从测量电动机40的旋转速度的霍耳IC传感器41输出的信号，旋转时间计算单元51计算旋转筒20旋转一次时的时间周期t(操作S1)。
使用12脉冲/转的霍耳IC传感器41，当电动机40和旋转筒20旋转一次时的时间周期t可以通过计算12个脉冲进行计算。
脉冲转矩产生单元52在当旋转筒旋转一次时的时间周期t期间将预定的电压供应到电动机40，并通过输出轴从电动机40产生脉冲转矩(操作S2)。此时，例如，脉冲转矩被设定为50转/秒或更小，使得不会有大的应力施加到电动机40。如图6所示，电动机40通过产生脉冲转矩以阶跃响应的方式加速。
加速度测量单元53计算在旋转筒20旋转一次时的时间周期t期间的加速度的初始周期时的平均旋转加速度Aave(操作S3)。平均旋转加速度Aave通过测量在旋转筒旋转一次时的时间周期t期间计算霍耳IC传感器41的脉冲信号时的时间周期Δt利用以下公式进行计算。
Aave＝1/(Δt)2
在本发明中，时间周期通过将霍耳IC传感器41的脉冲信号计算到12个脉冲来测量。
重量计算单元54从平均旋转加速度Aave获得旋转筒20的惯性力矩，并利用运动第二定律(转矩＝惯性力矩×加速度)计算重量(量)(操作S4)。衣物的重量由通过公式(惯性力矩＝重量×半径的平方)获知的惯性力矩和筒半径计算。
接着，将参照图3、图7和图8说明在脱水过程中确定衣物材料的方法。
在当将衣物W放入旋转筒20并关闭门15时的干燥状态下计算的衣物量M储存在衣物量储存单元62中。
在脱水过程中，旋转筒20的转数N被设定为N1，转数确定单元61确定转数保持在N1，而衣物量计算单元50计算衣物的量B1。该衣物量B1储存在衣物量储存单元62中。
接着，旋转筒20的转数N被设定为N2，转数确定单元61确定转数保持在N2，而衣物量计算单元50计算衣物的量B2。该衣物量B2储存在衣物量储存单元62中。
随后，旋转筒20的转数N被设定为N3，转数确定单元61确定转数保持在N3，而衣物量计算单元50计算衣物的量B3。该衣物量B3储存在衣物量储存单元62中。
衣物量变化计算单元63根据上述数据通过以下公式计算衣物量的变化X1、X2和X3(操作S5)。
X1＝(B1-M)M×100
X2＝(B1-B2)M×100
X3＝(B2-B3)M×100
由于包含在衣物W中的水量的变化出现衣物W的量的变化。因此，X1表示包含在衣物W中的水量，而X2和X3表示此时的脱水比。
包含在衣物W中的水量X1和脱水比X2和X3根据衣物的材料变化。例如，在化学纤维的情况下，包含在衣物W中的水量X1很小，而在棉布的情况下，包含在衣物中的水量X1很大。衣物材料确定单元64根据包含在衣物W中的水量X1确定衣物的材料，并根据比较表格确定脱水比X2和X3(操作S6)。
脱水条件选择单元65通过确定的结果选择脱水时间和脱水速度(操作S7)，然后，连续执行脱水过程。具体地，脱水的时间和速度根据化学纤维、是否混合纤维、以及棉的比率来设定。
在洗衣机10中，旋转时间计算单元51计算当旋转筒20旋转一次时的时间周期t，脉冲转矩产生单元52在当旋转筒20旋转一次时的时间周期t期间将预定的电压供应到电动机40，并通过输出轴从电动机40产生脉冲转矩，加速度计算单元53根据脉冲转矩计算电动机40的输出轴的初始平均旋转加速度Aave，以及重量计算单元54利用加速度数据计算重量。因此，可以在相当短的时间内计算出衣物量。
因此，可以准确地计算出衣物量而没有物理影响以及电气影响，这些物理影响如高速旋转时的偏差、轴承的摩擦阻力、衣物的接触摩擦和机械振动，电气影响如旋转速度检测误差和电源电压的变化。
如图4所示，由于当在旋转筒20中出现不平衡时的速度变化周期等于旋转筒旋转一次时的时间周期t，所以虽然在短时间内测量加速度，但不平衡对衣物量的计算没有影响。
由于可以在相当短的时间内确定衣物量，所以可以通过旋转筒20的预定转数充分确定衣物量。例如，可以检测衣物W在所述过程期间的进入和离开，或者可以检查脱水过程中的脱水状态。
在本发明的实施例中，由于包括计算脱水过程中的衣物量的变化的衣物量变化计算单元63、通过衣物量的变化确定衣物的材料的衣物材料确定单元64、以及根据衣物的材料选择脱水条件的脱水条件选择单元65，所以可以根据衣物的材料自动设定脱水条件(脱水时间和脱水速度)。
虽然在本发明中说明了洗衣机，但本发明不局限于此实施例，而且在不偏离本发明的范围的前提下可以充分地改变。
虽然使用了12脉冲/转的霍耳IC传感器，并计算旋转筒旋转一次时的时间周期t，但也可以使用高精度的霍耳IC传感器。由于计算了旋转筒
(电动机)旋转一次时的时间周期且不受到脉冲数的偏差的影响，所以虽然使用了价格低廉的12脉冲/转的霍耳IC传感器，但也可以准确地测量出衣物量。
衣物量的确定可以在过程中执行而不是在脱水过程中执行。因此，如上所述，衣物量可以在干燥状态中确定，以确定水量或估计不平衡量。
如上所述，根据本发明实施例的洗衣机和计算衣物量的方法，可以在相当短的时间内准确地计算放入到旋转筒的内部空间中的衣物量。
虽然已经显示和说明了一个实施例，但本领域普通技术人员将会理解，在不偏离本发明的原理和本质的前提下可以在该实施例中进行变更，本发明的范围由权利要求及其等效形式所限定。

Claims (7)

1.一种洗衣机，包括：
旋转轴，所述旋转轴包括输出轴；
电动机；
旋转筒，所述旋转筒具有用于将衣物放入其内的内部空间，并通过驱动所述电动机在旋转方向绕所述旋转轴旋转；
旋转时间计算单元，所述旋转时间计算单元计算所述旋转筒旋转一次的时间周期；
脉冲转矩产生单元，所述脉冲转矩产生单元在所述旋转筒旋转一次的时间周期期间将预定的电流或电压供应到所述电动机，并通过所述电动机的所述输出轴产生脉冲转矩；
加速度计算单元，所述加速度计算单元根据从所述电动机产生的脉冲转矩计算所述电动机的所述输出轴的旋转加速度；以及
重量计算单元，所述重量计算单元通过计算的旋转加速度计算放入到所述旋转筒的所述内部空间中的衣物重量。
2.根据权利要求1所述的洗衣机，还包括：
重量变化计算单元，所述重量变化计算单元多次执行一系列过程，所述过程通过所述旋转时间计算单元、所述脉冲转矩产生单元、所述加速度计算单元以及所述重量计算单元来执行，并且所述重量变化计算单元计算在脱水过程中的衣物重量的变化；
衣物材料确定单元，所述衣物材料确定单元根据计算的衣物重量的变化确定衣物的材料；以及
条件选择单元，所述条件选择单元根据确定的衣物材料从多个脱水条件中选择最佳的脱水条件。
3.一种计算洗衣机中的衣物量的方法，其中所述洗衣机包括旋转筒，所述旋转筒具有用于将衣物放入其内的内部空间，并通过驱动电动机在旋转方向绕旋转轴可旋转地安装，所述方法包括步骤：
计算所述旋转筒旋转一次的时间周期；
在所述旋转筒旋转一次的时间周期期间将预定的电流或电压施加到所述电动机，并通过输出轴从所述电动机产生脉冲转矩；
根据从所述电动机产生的脉冲转矩测量所述电动机的所述输出轴的旋转加速度；以及
根据测量的所述旋转加速度计算放入到所述旋转筒的所述内部空间中的衣物重量。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括步骤：
在脱水过程中，执行所述时间周期的计算、所述预定的电流或电压的供应、所述旋转加速度的测量以及多次计算每次衣物的重量；
计算衣物的衣物重量变化；
根据计算的衣物重量变化确定衣物的材料；以及
根据确定的衣物材料从多个脱水条件中选择最佳的脱水条件。
5.根据权利要求1所述的洗衣机，其中所述加速度计算单元计算在所述旋转筒旋转一次的时间周期期间的加速度初始周期时的平均旋转加速度。
6.根据权利要求2所述的洗衣机，其中所述加速度计算单元计算在所述旋转筒旋转一次的时间周期期间的加速度初始周期时的平均旋转加速度。
7.根据权利要求2所述的洗衣机，其中所述衣物材料确定单元根据包含在衣物中的水量和脱水比确定衣物的材料。
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