CN101130923A - 旋转体控制装置和包括所述旋转体控制装置的洗衣机 - Google Patents

Abstract

此处公开了一种旋转体控制装置和洗衣机。所述旋转体控制装置包括：平衡单元，所述平衡单元包括环形座圈以及可移动地安置在所述座圈中的多个滚动体，其中所述环形座圈与旋转体形成一体且与旋转体的旋转轴同中心；检测比特信号的检测单元，其中根据安置在座圈中的滚动体之间的相对位置的变化和在旋转体的旋转期间发生的旋转体的偏心量而产生所述比特信号；分析单元，所述分析单元分析检测单元所检测的比特信号的振幅的变化；以及根据分析单元的分析结果控制旋转体的旋转的控制单元。

Description

旋转体控制装置和包括所述旋转体控制装置的洗衣机

技术领域

本发明涉及一种控制旋转体的操作的旋转体控制装置以及包括所述旋转体控制装置的洗衣机，其中在所述旋转体的旋转期间可能出现不平衡的偏心状态。

背景技术

其中出现不平衡的旋转体可能为洗衣机的旋转筒。在洗衣机的脱水过程中，放入旋转筒中的衣物沿着旋转筒的内圆周不均匀地分布，使得出现不平衡。在该状态下，当旋转筒以高速旋转时，力沿着旋转筒的旋转轴偏压并产生大的振动。

为了防止由于这种不平衡造成振动，包括设置成与旋转筒同中心的座圈(race)、以及具有与油一起安置在座圈中的多个滚动体的平衡单元的洗衣机公布在日本未审查的专利申请公开出版物第10-43472号中。

在上述的公开出版物中所公开的洗衣机中，当旋转筒以高速旋转时，滚动体在座圈中自动移动，以防止力沿旋转轴被偏压。

然而，在包括平衡单元的洗衣机中，当不平衡重量大于滚动体的总重量时，即使滚动体位于与不平衡部的圆周侧相对处(相反相位)，也无法充分地消除不平衡。因此，自然会出现振动。不平衡重量表示旋转期间出现的旋转体的偏心量。

在平衡单元中，当旋转筒的转数大于旋转筒的固有振动数时，已知滚动体被稳定地定位以处理不平衡。

同时，当旋转筒的转数小于旋转筒的固有振动数时，出现滚动体的移动速度与不平衡部的移动速度之间的差值(即，旋转筒的旋转速度)，使得不平衡部与滚动体之间的相对位置周期性地变化。

当滚动体和不平衡部在圆周方向上被定位在相同的位置(相同相位)处时，较大的力被施加到旋转轴上以产生较大的振动。如果在旋转筒的转数等于旋转筒的固有振动数时的时间点处，滚动体和平衡部被定位在相同的相位处，则这种共振显著增加，并因此出现异常振动。

发明内容

因此，本发明的一个方面是提供一种包括具有平衡单元的旋转体的旋转体控制装置以及包括所述旋转体控制装置的洗衣机，从而利用所述平衡单元能够可靠地抑制振动，并且由于所述旋转体中的不平衡部与所述平衡单元的滚动体之间的相对位置的变化能够可靠地抑制异常振动的产生。

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。

根据本发明，以上和/或其它方面可以通过提供一种旋转体控制装置而获得，所述控制装置控制包括旋转轴的旋转体的旋转，所述旋转体控制装置包括：平衡单元，所述平衡单元包括环形座圈以及可移动地安置在所述座圈中的多个滚动体，其中所述环形座圈与所述旋转体形成一体且与所述旋转体的所述旋转轴同中心；检测比特信号的检测单元，其中根据安置在所述座圈中的所述滚动体之间的相对位置的变化与所述旋转体的旋转期间出现的所述旋转体的偏心量产生所述比特信号；分析单元，所述分析单元分析所述检测单元所检测的所述比特信号的振幅的变化；以及根据所分析的振幅变化控制所述旋转体的旋转的控制单元。

在具有上述结构的所述旋转体控制装置中，由于检测根据安置在所述座圈中的所述滚动体之间的相对位置的变化与所述旋转体的旋转期间出现的所述旋转体的偏心量而产生的比特信号，并且分析所述比特信号的振幅的变化，因此可以计算在圆周方向上、所述旋转体的不平衡部与所述平衡单元的所述滚动体之间的不平衡重量或相对位置。由于所述旋转体的操作由计算结果控制，因此可以抑制所述旋转体的自然振动或异常振动。

根据安置在所述座圈中的所述滚动体之间的相对位置的变化与所述旋转体的旋转期间出现的所述旋转体的偏心量而产生的比特信号可以为所述电动机使所述旋转体旋转时的电动机旋转速度、电动机电流和电动机加速度。

附图说明

本发明的这些和/或其它方面和优点从结合附图对实施例的以下说明将变得清楚且更容易理解，其中：

图1是显示根据本发明实施例的洗衣机的结构的截面图；

图2是图1中所示的洗衣机中所包括的平衡装置的示意图；

图3是图1中所示的洗衣机的方框图；

图4是显示图1中所示的洗衣机的比特信号的视图；

图5是显示不平衡重量与图4中所示的比特信号的振幅之间的关系的视图；

图6是显示其中在脱水过程中增加的电动机的转数的图案的视图；以及

图7是说明图1中所示的洗衣机的脱水过程的流程图。

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。以下通过参照图式描述实施例以说明本发明。

洗衣机10为可以执行洗涤和脱水过程的滚筒式洗衣机。如图1中所示，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(spin basket)20(旋转体)、使旋转筒20在旋转方向上绕着旋转轴L旋转的电动机30、以及消除旋转筒20中出现的不平衡的一对平衡装置(平衡单元)40。

洗衣桶12具有底部且为圆柱形形状。洗衣桶12的中心轴平行于水平面设置，并且开口形成于洗衣桶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或阻尼器14支撑。支撑旋转筒20的主轴24的轴承15被设置在洗衣桶12的底部上。

设置在洗衣桶12中的旋转筒20具有圆柱形侧面板21、以及分别连接到侧面板21的前表面和后表面上的前面板22和后面板23。开口形成于前面板22中，使得衣物W经由所述开口可以被放入旋转筒20中或从旋转筒20取出。

使旋转筒20在旋转方向上绕着旋转轴L旋转的主轴24设置在后面板23的背面(图1的左侧)。主轴24由洗衣桶12的轴承15支撑。旋转筒20的旋转轴L和洗衣桶12的中心轴彼此相同。

朝向内圆周侧突出的多个提升器21A以相同的间隔在圆周方向上设置在侧面板21上。提升器22根据旋转筒20的旋转提升其内的衣物W。

使旋转筒20的内部与洗衣桶12连通的多个孔21B形成于侧面板21中。流入洗衣桶12的水在洗涤过程期间经由孔23供给到旋转筒20中，而流出衣物W的水在脱水过程时流入洗衣桶12。

例如，电动机30为使主轴24在旋转方向上绕着旋转轴L旋转的DC电动机。

电动机30包括测量电动机30的旋转速度ω的霍耳(Hall)IC传感器31。电动机30的操作由电动机旋转控制单元32控制(图3)。

该对平衡装置40被设置到旋转筒20的前面板22和后面板23上。平衡装置40包括与旋转筒20的旋转轴L同轴形成的环形座圈41、以及与油一起安置在座圈41中的多个滚珠42。多个滚珠42可以在座圈41中滑动。

接下来，将说明平衡装置40的操作。

首先，如图2中所示，衣物W被放入旋转筒20中且旋转筒20旋转，衣物W贴附到旋转筒20的内圆周表面上。因此，在旋转筒20中出现不平衡。当旋转筒20旋转大于固有振动数v的转数N时，多个滚珠42在平衡装置40中自动移动以消除不平衡。

同时，当旋转筒20的转数N小于固有振动数v时，滚珠42的移动速度由于重力变得小于不平衡部的移动速度(旋转筒的旋转速度)，并因此使不平衡部与滚珠42之间在圆周方向上的相对位置周期性地变化。由于这种变化出现比特信号(bit signal)B。如图3中所示，使用作为检测单元的霍耳IC传感器31检测作为比特信号B的电动机30的旋转速度ω的变化。

霍耳IC传感器31(检测单元)测量电动机30的旋转速度ω以检测比特信号B。分析单元33分析比特信号B(电动机30的旋转速度ω)的振幅Δω的变化，以及电动机旋转控制单元32控制电动机30的旋转(旋转筒的旋转)。更特别地，不平衡重量计算单元34从比特信号B计算出不平衡重量，以及不平衡重量确定单元35确定不平衡重量与滚珠重量之间的关系。另外，相对位置计算单元36从比特信号B计算出滚珠42与不平衡部之间的相对位置，以及加速时间(timing)确定单元37确定旋转筒20的加速时间(timing)。电动机旋转控制单元32通过不平衡重量确定单元35和加速时间确定单元37的确定结果控制旋转筒20的旋转。

比特信号B与不平衡部和滚珠42之间在圆周方向上的相对位置之间的关系在图4中示出。当不平衡部和滚珠42在圆周方向上定位在相反相位处时，振动受到抑制，并因此使比特信号B的振幅(电动机30的旋转速度ω的振幅Δω)被最小化。同时，当不平衡部和滚珠42在圆周方向上定位在相同的相位处时，大的施力被施加到旋转轴L上并增加振动。因此，比特信号B的振幅(电动机30的旋转速度ω的振幅Δω)被最大化。

当比特信号B的振幅逐渐增加时，不平衡部和滚珠42相对于彼此从相同的相位移动到相反的相位。当比特信号B的振幅逐渐减小时，不平衡部和滚珠42相对于彼此从相反相位移动到相同相位。

随后，将说明从比特信号计算不平衡重量的方法。

由方程式1表示电动机30的旋转速度ω。

在方程式1，M_unb为不平衡重量，M_ball为滚珠42的总重量，ω_s为旋转筒20的旋转速度，ω_b为滚珠42的旋转速度，α和β为初始相位，J为总惯性量，r为旋转半径，g为重力加速度，以及τ为电动机30的转矩。

方程式1

$\mathrm{JE}=\frac{\mathrm{d\ω}}{\mathrm{dt}}=\mathrm{\τ}+M_{\mathrm{und}}\mathrm{EgrE}\sin ({\mathrm{\ω}}_{s}t+\mathrm{\α})+M_{\mathrm{ball}}\mathrm{EgrE}\sin ({\mathrm{\α}}_{s}t+\mathrm{\β})o---\left(1\right)$

电动机30的旋转速度ω的振幅Δω在不平衡部和滚珠42被定位在相同相位处时最大化而在不平衡部和滚珠42被定位在相反相位处时最小化。因此，当通过最大和最小值来规定方程式1时获得方程式2和3。

方程式2

Δω_max＝k₂×(M_unb+M_ball)，在相同相位的情况下

方程式3

Δω_min＝k₂×|M_unb-M_ball|，在相反相位的情况下

从方程式2和3，由方程式4和5表示不平衡重量M_unb。此处，k₁＝1/2k₂。

方程式4

M_unb＝k₁×(Δω_max+Δω_min)，在M_unb＞M_ball的情况下

方程式5

M_unb＝k₁×(Δω_max-Δω_min)，在M_unb＜M_ball的情况下

通过方程式4和5，从电动机30的旋转速度ω的测量值计算出不平衡重量。

为了确定不平衡重量是否大于滚珠42的总重量，仅考虑方程式4。在(Δω_max+Δω_min)＝A的测量中，如图5中所示，当不平衡重量小于滚珠42的总重量M_ball时，(Δω_max+Δω_min)＝A是一致的，而当不平衡重量超过滚珠42的总重量M_ball时，(Δω_max+Δω_min)＝A开始增加。由于(Δω_max+Δω_min)＝A的数值如图5中所示由于旋转筒20中的衣物W的重量而变化，因此旋转筒20中的衣物W的重量由已知的衣物量检测装置进行测量，并且预先选择(Δω_max+Δω_min)＝A的阈值ξ。

霍耳IC传感器31测量电动机30的旋转速度ω，不平衡重量计算单元34如上所述计算不平衡重量，以及不平衡重量确定单元35对不平衡重量与滚珠42的总重量进行比较。如图7中所示，当不平衡重量大于滚珠42的总重量时，旋转筒20的转数N减小，以使衣物W与旋转筒20的内圆周表面分开，从而校正不平衡。

随后，将说明使用比特信号计算不平衡部和滚珠42之间的相对位置以及控制旋转筒20的旋转的方法。

如图4中所示，电动机30的旋转速度ω的振幅Δω在预定周期中进行计算，并且通过振幅Δω的变化计算不平衡部与滚珠42之间的相对位置。

在脱水过程的初始时期中，由于衣物含有大量水且水的排出不充分，因此旋转筒20的转数N不需要快速增加。因此，在脱水过程的初始时期中，如图6中所示，转数N在预定周期内保持为γ并接着以预定上升速率(加速度)增加。

因此，从加速开始时间点至达到旋转筒20的固有振动数v的时间点的加速时间周期t1通过为γ的转数N和上升速率(加速度)进行计算。加速时间确定单元37计算加速时间周期t1内的相位变化，并且当旋转筒20的转数N达到固有振动数v时，确定使滚珠42和不平衡部定位在相反相位处的加速时间。

如图7中所示，接下来通过时间测量比特信号B的振幅，比较测量值Δω1、Δω2和Δω3，并且旋转筒20的转数N增加，使得实现Δω1＞Δω2且Δω2＞Δω3，即，振幅Δω减小。

由于洗衣机10包括检测作为比特信号B的电动机30的旋转速度ω的霍耳IC传感器31、分析比特信号B并计算不平衡重量的不平衡重量计算单元34、以及对不平衡重量和滚珠42的总重量进行比较的不平衡重量确定单元35，并且当不平衡重量由于平衡装置40而超过滚珠42的总重量时，电动机旋转控制单元32控制旋转筒20的转数N暂时被减小，以执行不平衡校正。因此由于平衡装置40可以可靠地抑制旋转筒20的振动。因此，可以可靠地防止在脱水过程中产生自然振动。

另外，由于洗衣机10包括分析比特信号B并计算滚珠42与不平衡部之间的相对位置的相对位置计算单元36、以及确定旋转筒20的加速时间的加速时间确定单元37，因此可以确定使滚珠42和不平衡部在旋转筒20的转数N达到固有振动数v时的时间点定位在相反相位处的加速时间，并且可以防止旋转筒20显著的共振，以抑制异常振动的产生。

在本发明的实施例中，由于电动机30中所包括的霍耳IC传感器31被用作检测比特信号B的检测单元，因此可以检测比特信号B而无需单独地设置特定的传感器，并且可以抑制振动而不会增加洗衣机10的制造成本。

尽管洗衣机10作为本发明的一个实施例来说明，然而本发明不限于该实施例，并且在不偏离本发明的范围的前提下可以充分地改变。

包括旋转体控制装置的设备不限于洗衣机10并可应用到工业设备或产品，例如，离心分离机。

尽管霍耳IC传感器31检测作为比特信号B的电动机30的旋转速度ω的周期变化，然而本发明不限于此。电动机30的电流值的变化通过一致地控制电动机30的旋转速度ω可以作为别特信号B进行检测，或者电动机30的加速度的周期变化可以作为比特信号B由加速度传感器进行检测。

如上所述，根据本发明实施例的旋转体控制装置和包括所述旋转体控制装置的洗衣机，由于平衡单元可以可靠地抑制振动，并且由于旋转体中出现的不平衡部与平衡单元的滚动体之间的相对位置可以可靠地抑制异常振动的产生。

尽管已显示和说明了一个实施例，然而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限定。

Claims (11)

1.一种旋转体控制装置，所述旋转体控制装置控制包括旋转轴的旋转体的旋转，所述装置包括：

平衡单元，所述平衡单元包括环形座圈以及可移动地安置在所述座圈中的多个滚动体，其中所述环形座圈与所述旋转体形成一体且与所述旋转体的所述旋转轴同中心；

检测比特信号的检测单元，其中根据安置在所述座圈中的所述滚动体之间的相对位置的变化与所述旋转体的旋转期间的所述旋转体的偏心量产生所述比特信号；

分析单元，所述分析单元分析所述检测单元所检测的所述比特信号的振幅的变化；以及

根据所分析的振幅变化控制所述旋转体的旋转的控制单元。

2.根据权利要求1所述的装置，其中：

所述分析单元计算由于所述检测单元所检测的所述比特信号的振幅变化而发生在所述旋转体中的不平衡重量，并对所述不平衡重量与所述滚动体的总重量进行比较；以及

当所述不平衡重量超过所述滚动体的总重量时，所述控制单元控制所述旋转体的转数暂时减小。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述分析单元通过所述检测单元所检测的所述比特信号的振幅变化计算偏心状态下的所述旋转体与所述滚动体之间的相对位置，并控制所述旋转体的加速时间，使得在所述旋转体的转数等于所述旋转体的固有振动数时，所述旋转体和所述滚动体被定位在相反相位处。

4.根据权利要求2所述的装置，其中所述分析单元通过所述检测单元所检测的所述比特信号的振幅变化计算偏心状态下的所述旋转体与所述滚动体之间的相对位置，并控制所述旋转体的加速时间，使得在所述旋转体的转数等于所述旋转体的固有振动数时，所述旋转体和所述滚动体被定位在相反相位处。

5.一种包括根据权利要求1所述的装置的洗衣机，其中所述旋转体为具有其内安放衣物的内部空间并绕着所述旋转轴可旋转地安装的旋转筒。

6.根据权利要求5所述的洗衣机，其中：

所述分析单元计算由于所述检测单元所检测的所述比特信号的振幅变化而出现在所述旋转筒中的不平衡重量，并对所述不平衡重量与所述滚动体的总重量进行比较；以及

当所述不平衡重量超过所述滚动体的总重量时，所述控制单元控制所述旋转筒的转数暂时减小。

7.根据权利要求5所述的洗衣机，其中所述分析单元通过所述检测单元所检测的所述比特信号的振幅变化计算偏心状态下的所述旋转筒与所述滚动体之间的相对位置，并控制所述旋转筒的加速时间，使得在所述旋转筒的转数等于所述旋转筒的固有振动数时，所述旋转筒和所述滚动体被定位在相反相位处。

8.根据权利要求6所述的洗衣机，其中所述分析单元通过所述检测单元所检测的所述比特信号的振幅变化计算偏心状态下的所述旋转筒与所述滚动体之间的相对位置，并控制所述旋转筒的加速时间，使得在所述旋转筒的转数等于所述旋转筒的固有振动数时，所述旋转筒和所述滚动体被定位在相反相位处。

9.一种控制旋转体的旋转的旋转体控制装置，所述装置包括：

环绕所述旋转体的座圈；

在所述座圈中的多个滚动体，使得所述旋转体的速度根据所述滚动体的位置而变化；

检测所述旋转体的速度的检测器；以及

根据所检测的速度使所述旋转体的速度变化的控制器。

10.根据权利要求9所述的装置，其中所述旋转体的速度在所检测的速度高于阈值时减小。

11.根据权利要求9所述的装置，其中所述旋转体的速度根据所述滚动体与所述旋转体之间的相位差而变化。

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