CN101205676A - 旋转体控制装置及包括该装置的洗衣机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能够抑制震动的旋转体控制装置和包含该装置的洗衣机。所述旋转体控制装置包括至少两个平衡单元,每个平衡单元包括环形滚道和多个滚动体,所述滚动体安装在滚道内,且根据旋转体的旋转而移动;转数测量单元,用于测量旋转体的转数;检测单元,用于检测旋转体的转速;分析单元,用于分析由检测单元检测的转速的变化并且计算发生在旋转体内的不平衡的重量;以及控制单元,用于根据由分析单元计算的不平衡的重量控制旋转体的旋转。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋转体控制装置,用于控制旋转体的操作,其中在旋转体旋转时可能会发生偏心状态(即不平衡),还涉及一种包括该种旋转体控制装置的洗衣机。
背景技术
其中发生不平衡的旋转体的示例包括洗衣机的转筒(spin basket)。在洗衣机的脱水过程中,放置在转筒内的衣物被不均匀地分布在转筒的内圆周内,从而会发生不平衡。在这种状态下,当转筒以高速旋转时,力偏向转筒的旋转轴,从而引发很大的震动。
为了防止由于这种不平衡所产生的震动,包括滚道(race)和平衡单元(balancing units)的洗衣机在日本未审专利公布No.10-43472公开,其中,该滚道设置为与转筒同心,该平衡单元具有多个与油一起设置在滚道内的滚动体。
在上述公布中公开的洗衣机中,当转筒以高速旋转时,滚动体在滚道内自动地移动,从而防止力偏向旋转轴,由此消除了不平衡。
另外,为了消除发生在转筒两端的不平衡且增大滚动体的数量,洗衣机包括多个平衡单元。
然而,在包括如上所述的平衡单元的洗衣机内,如果不平衡的重量大于滚动体的总重量,即使滚动体在圆周方向与不平衡相反(反相oppositephase),不平衡也不能充分地去除。因此,震动会正常地发生。不平衡的重量表示发生在旋转时的旋转体的偏心量。
因此,需要高精度地测量在旋转体内发生的不平衡的重量,从而控制旋转体的旋转。
同时,在不包括平衡单元的旋转体中,不平衡被旋转体旋转,由此会发生转速的变化。因此,能够从速度变化的幅度上估计不平衡的重量。
然而,当如上所述地包括多个平衡单元时,安装在多个平衡单元内的滚动体的操作状态彼此各不相同。因此,由于转速的变化变得复杂,计算不平衡的重量变得困难。
发明内容
因此,一个方面是提供一种旋转体控制装置,该装置能够利用包含在旋转体内的多个平衡单元抑制震动,还提供一种包括该种旋转体控制装置的洗衣机。
其它的方面和/或优点将部分在下面的说明书中陈述,且部分地从说明中变得显而易见,或者通过本发明的实践了解。
上面和/或其它的方面可以通过提供旋转体控制装置来实现,该旋转体控制装置控制可转动地围绕旋转轴线安装的旋转体的旋转,该装置包括:至少两个平衡单元,每个平衡单元具有环形滚道和多个滚动体,该滚道与旋转体整体成型且与旋转体的旋转轴线同心,该多个滚动体安装在滚道内以根据旋转体的旋转而运动;转数测量单元,该转数测量单元测量旋转体的转数;检测单元,该检测单元检测旋转体的转速;分析单元,该分析单元分析由检测单元所检测的转速的变化并且计算在旋转体内发生的不平衡的重量;以及控制单元,该控制单元根据由分析单元所计算的不平衡的重量控制旋转体的旋转,其中当旋转体的转数小于当安装在所有的平衡单元开始运动时的转数或者当安装在除一个平衡单元外的另一个平衡单元内的滚动体开始运动时的转数时,分析单元分析转速的变化。
由于具有上述构造的旋转体控制装置包括:检测单元,其检测转速;分析单元,其在转数小于当安装在所有的平衡单元内的旋转体开始运动时的转数或者当安装在除了一个平衡单元外的其它平衡单元内的滚动体开始运动时的转数时,分析转速的变化并且计算不平衡的重量;以及控制单元,其在计算的结果的基础上控制旋转体,因此肯定能够通过平衡单元消除不平衡,并且能够抑制旋转体的正常震动。
当在转数小于当安装在所有的平衡单元内的旋转体开始运动时的转数的情况下分析转速的变化时,能够利用如上所述的转速的变化的幅度计算不平衡的重量。
当在转数小于当安装在除了一个平衡单元外的其它平衡单元内的滚动体开始运动时的转数的情况下分析转速的变化时,能够通过检测在旋转体的不平衡和一个平衡单元的滚动体之间的相对位置的变化的基础上所产生的转速的比特信号及分析该比特信号,从而能够计算出不平衡的重量。
根据本实施例,可以提供一种旋转体控制装置,用于计算不平衡的重量,并且控制包括多个平衡单元的旋转体,以利用多个平衡元件来抑制震动,以及一种包括该种旋转体控制装置的洗衣机。
前述和/或其它的方面通过提供一种洗衣机来实现,该洗衣机包括:旋转桶;可转动地安装在该旋转桶内的旋转体;至少两个平衡装置,该平衡装置与旋转体整体成型并且包括安装在平衡装置内的滚动体;以及控制单元,该控制单元根据计算的不平衡的重量控制旋转体的旋转,当旋转体的转数小于当安装在至少一个平衡装置内的滚动体开始运动时的转数时计算该重量。
附图说明
结合附图,从下面的实施例的说明中,这些和/或其它的方面和优点将变得清楚和更加容易理解,图中:
图1是显示根据第一实施例的洗衣机的构造的横截面视图;
图2是图1中所示的洗衣机的方块图;
图3是包含在图1所示的洗衣机中的平衡装置的示意图;
图4是显示包含在图1所示的洗衣机中的电机的转速的变化的视图;
图5是示出了图1所示的洗衣机的脱水过程的流程图;
图6是根据本发明的第二实施例的洗衣机的方块图;
图7是显示包含在图6所示的洗衣机中的电机的转速的比特信号的视图;以及
图8是显示图6所示的洗衣机的脱水过程的流程图。
具体实施方式
现在详细参考实施例,附图中显示了实施例的示例,其中贯穿文相同的参考标记是指相同的元件。下面参考附图,说明这些实施例,从而解释本发明。
下面,参考附图,将对根据第一实施例的洗衣机进行详细说明。
根据本实施例的洗衣机10是滚筒型洗衣机,该滚筒型洗衣机可以执行洗涤处理和脱水处理。如图1所示,洗衣机10包括外壳11,悬挂在外壳11中的桶(tub)12,可转动地安装在桶12内的转筒20(旋转体),以及使转筒20围绕旋转轴线L旋转的电机30。洗衣机10进一步包括至少两个平衡装置(平衡单元),用于消除发生在转筒20内的不平衡。在本实施例中,洗衣机10包括两个平衡装置,即第一平衡装置40和第二平衡装置50。
桶12具有底部并且是圆筒形的。桶12的中心轴线大体平行于水平面,且在桶12的前侧内形成有开口(图1的右侧)。桶12通过在外壳11内的多个弹簧13或者阻尼器14支撑。支撑转筒20的主轴24的轴承15设置在桶12的底部上。
设置在桶12内的转筒20具有圆筒形的侧板21和分别连接到侧板21的前侧和后侧的前板22和后板23。开口形成在前板22内,从而衣物W可以通过该开口放进转筒20或者从中取出。
驱动转筒20围绕旋转轴线L旋转的主轴24设置在后板23的后侧(图1的左侧)。主轴24可转动地由桶12的轴承15支撑。转筒20的旋转轴线L和桶12的中心轴线彼此重合。
多个抬起器21A(lifter)伸向转筒20的内圆周侧,并且在圆周方向设置在侧板21上,其间设有预定的间隔。抬起器21A根据转筒20的旋转抬起其内的衣物W。
将转筒20的内侧与桶12连通的多个孔21B形成在侧板21内。流进桶12的水在洗涤过程时通过孔21B供给进转筒20中,流出衣物W的水在脱水过程时流向桶12。
电机30例如是DC电机,用于使主轴24围绕旋转轴线L旋转。
如图2所示,电机30与转数传感器31通信,所述转数传感器31用于测量电机30的转数,并且与速度传感器32通信,所述速度传感器32用于测量电机30的转速。电机30的操作被电机旋转控制单元34控制。作为用于消除发生在转筒20内的不平衡的平衡装置,第一平衡装置40设置在转筒20的前板22上,而第二平衡装置50设置在转筒20的后板23上。
如图3所示,第一平衡装置40和第二平衡装置50分别包括环形滚道41和51及多个球42和52,该环形滚道成形为与转筒20的旋转轴线L同心,该多个球与油43和53一起安装在滚道41和51内。多个球42和52根据转筒20的旋转分别在滚道41和51内移动。
因此,当转筒20的转数N等于或者大于预设的转数时,各自安装在第一平衡装置40和第二平衡装置50内的球42和52各自地在滚道41和51内移动。在本实施例中,当安装在第一平衡装置40内的球42开始运动时的转数ξ1和当安装在第二平衡装置50内的球52开始运动时的转数ξ2设置为彼此不同。
更具体地,包含在第一平衡装置40内的滚道41内的油43的粘性设置为比包含在第二平衡装置50内的滚道51内的油53的粘性高。然后,在第一平衡装置42内,在油43和球42之间所产生的摩擦力和阻力被增大,以推动球42的运动。因此,当安装在第一平衡装置40内的球42开始运动时的转数ξ1设置为比当安装在第二平衡装置50内的球52开始运动时的转数ξ2小。
接着,将说明第一平衡装置40和第二平衡装置50的操作。首先,当衣物W被放进转筒20中并且转筒20旋转时,衣物W贴在转筒20的内圆周表面的部分。因此,在转筒20内发生不平衡。当转筒20以比震动的固有数υ大的转数N旋转时,多个球42和52在第一平衡装置40和第二平衡装置50内自动地旋转,由此消除平衡。
同时,当转筒20的转数N小于震动的固有数υ时,由于重力的作用,球42和52的移动速度变得比不平衡(即,转筒20的转速)的移动速度小,并且由此不平衡和球42和52之间在圆周方向上的相对位置改变。在本实施例中,由于包括第一平衡装置40和第二平衡装置50,因此在不平衡和第一平衡装置40的球42之间的相对位置以及在不平衡和第二平衡装置50的球52之间的相对位置在圆周方向改变,由此影响电机30的转速ω。
电机30的扭矩τ由等式1来表达。在等式1中,Munb表示不平衡的重量,M1是第一平衡装置40的球42的总重量,M2是第二平衡装置50的球52的总重量,ωs是转筒20的转速,ω1是第一平衡装置40的球42的转速,ω2是第二平衡装置50的球52的转速,α,β和γ为初始相位,g是重力加速度,且K为常数。
等式1
τ=K*[Munbgsin(ωst+α)+M1gsin(ω1t+β)+M2gsin(ω2t+γ)]…(1)
由于在不平衡和第一和第二平衡装置40和50的球42和52之间在圆周方向的相对位置影响扭矩τ,电机30的转速ω的变化变得复杂。
在当第一和第二平衡装置40和50的球42和52不移动时的转数中,由于第一平衡装置40的球42的运动和第二平衡装置50的球52的运动不需要在等式1中考虑,因此扭矩τ可以用等式2来表达。
等式2
τ=K*[Munbgsin(ωst+α)]…(2)
也就是,扭矩τ仅根据不平衡而改变,由此电机30的转速ω也变化。不平衡在圆周方向的位置和电机30的转速ω的变化之间的关系在图4中显示。当不平衡对抗重力向上运动时,转速ω下降,且不平衡在重力的作用下向下运动时,转速ω增大。如等式2所表达的,由于扭矩τ的大小与不平衡的重量成比例,因此利用转速ω的幅度Δω来计算不平衡的重量是可能的。
在本实施例中,如图2和5所示,电机30的转数N通过转数传感器31来测量并且在操作100被控制,然后在操作102中,确定电机30的转数N是否小于当安装在第一平衡装置40内的球42开始运动时的转数ξ1,并且小于当安装在第二平衡装置50内的球52开始运动时的转数ξ2(N<ξ1且N<ξ2)。此时,电机30的转速ω通过速度传感器32(检测单元)测量,从而测量转速中的变化Δω。在分析单元33内,速度变化分析单元33a分析转速的变化Δω,并且不平衡重量计算单元33b计算不平衡的重量。不平衡重量确定单元33c比较不平衡的重量与球42和52的总重量。如果电机30的转数N大于或等于当安装在第一平衡装置40内的球42开始运动时的转数ξ1以及当安装在第二平衡装置50内的球52开始运动时的转数ξ2,程序则返回到操作100,并且连续地控制转数N。
如果电机30的转数N小于当安装在第一平衡装置40内的球42开始运动时的转数ξ1以及当安装在第二平衡装置50内的球52开始运动时的转数ξ2,并且如果在操作104中,不平衡的重量比球42和52的总重量大至少预设量η,电机旋转控制单元34在操作106中降低转筒的转数N。程序然后返回到操作200。因此,贴在转筒20的内圆周表面部分的衣物W脱离开,从而校正不平衡。如果不平衡的重量小于或者等于球42和52及预设量η的总重量,则电机旋转控制单元34在操作108中增大转筒20的转数N。
具有上述构造的洗衣机10包括:速度传感器32,用于检测电机30的转速ω;速度变化分析单元33a,用于分析转速ω的变化;不平衡重量计算单元33b;以及不平衡重量确定单元33c,用于比较不平衡的重量和球42与52的总重量。由于如果不平衡的重量比球42和52的总重量大至少预设量η,电机旋转控制单元34暂时地降低转筒20的转数N,以校正不平衡,所以通过第一和第二平衡装置40和50肯定能够消除不平衡。因此,肯定能够防止在脱水过程中的正常震动。
在小于当安装在第一平衡装置40内的球42开始运动时的转数ξ1以及当安装在第二平衡装置50内的球52开始运动时的转数ξ2的转数中,由于电机30的转速的变化被分析,因此肯定能够计算出发生在转筒20内的不平衡的重量。
由于第一平衡装置40设置在转筒20的前板22上且第二平衡装置50设置在后板23上,因此,即使不平衡发生在转筒20的前侧和后侧,也能够有效地消除不平衡。
接着,将说明根据第二实施例的洗衣机。与第一实施例相同的元件通过相同的参考符号来表示,因此省略对其的具体说明。
在本实施例中,在第一平衡装置40内的滚道41和球42之间的间隙比第二平衡装置50内的滚道51和球52之间的间隙小。然后,在第一平衡装置40内的油43和球42之间产生的摩擦力和阻力增大,以推动球42的运动。在本实施例中,当安装在第一平衡装置40内的球42开始运动时的转数ξ1设置为小于当安装在第二平衡装置50内的球52开始运动时的转数ξ2。
在转数N中,其中只有第一平衡装置40的球42开始被移动而第二平衡装置50中的球52不移动,也就是,ξ1≤N<ξ2,由于第二平衡装置50的球52的运动不需要在等式1中考虑,因此,扭矩τ可以通过等式3来表达。
等式3
τ=K*[Munbgsin(ωst+α)+M1gsin(ω1t+β)] …(3)
也就是,扭矩τ根据在不平衡和第一平衡装置40的球42之间的相对位置而改变。因此,电机30的转速ω的幅度Δω定期地改变,并且由此产生了比特信号(bit signal)B。
不平衡和球42之间的在圆周方向上的相对位置和比特信号B之间的关系在图7中显示。当不平衡和球42在圆周方向设置为彼此相反的相位时,震动被抑制。因此,比特信号B的幅度(电机30的转速ω的幅度Δω)被最小化。相比之下,当不平衡和球42在圆周方向设置为相同的相位时,巨大的力作用在旋转轴线L,由此震动会增大。因此,比特信号B的幅度(电机30的转速ω的幅度Δω)变得最小化。
接着,将说明从比特信号B计算不平衡重量的方法。电机30的转速ω在等式4中表达。在等式4中,Munb表示不平衡的重量,M1是第一平衡装置40的球42的总重量,ωs是转筒20的转速,ω1是球42的转速,α和β为初始相位,J是惯性总量,r是旋转半径,g是重力加速度,且τ为电机30的扭矩。
等式4
如上所述,如果不平衡和球24设置为彼此相位相同,则电机30的速度ω的幅度Δω被最大化,如果不平衡和球24设置为彼此相位相反,则被最小化。因此,如果等式4由最大和最小来限定,可以得到下面的等式。
等式5
同相:Δωmax=k2×(Munb+M1)
等式6
反相:Δωmin=k2×|Munb-M1|
从等式5和6,不平衡的重量Munb表示如下。这里,k1=1/2k2。
等式7
Munb>M1∶Munb=k1×(Δωmax+Δωmin)
等式8
Munb<M1∶Munb=k1×(Δωmax-Δωmin)
通过等式7和8,利用由于电机30的转速ω得到的比特信号B来计算不平衡的重量。
在本实施例中,如图6和8所示,在操作200中,电机30的转数N通过转数传感器31来测量并且被控制,并且在操作202中,确定电机30的转数N是否等于或者大于当安装在第一平衡装置40内的球42开始运动时的转数ξ1,并且小于当安装在第二平衡装置50内的球52开始运动时的转数ξ2(ξ1<N<ξ2)。在这种状态下,电机30的转速ω的幅度Δω的变化通过速度传感器32(检测单元)测量。在分析单元33中,比特信号分析单元33d分析比特信号B,并且不平衡重量计算单元33b计算不平衡的重量。不平衡重量确定单元33c比较不平衡的重量和球42与52的总重量。如果电机30的转数N小于当安装在第一平衡装置40内的球42开始运动时的转数ξ1和/或电机30的转数N大于或者等于当安装在第二平衡装置50内的球52开始运动时的转数ξ2,程序则返回到操作200,并且转数N被连续地控制。
如果电机30的转数N大于或等于当安装在第一平衡装置40内的球42开始运动时的转数ξ1并且小于当安装在第二平衡装置50内的球52开始运动时的转数ξ2,并且在操作204中,如果不平衡的重量比球42和52的总重量大至少预设量η,电机旋转控制单元34在操作206中降低转筒20的转数N。因此,贴在转筒20的内圆周表面部分的衣物W脱离开,从而校正不平衡。程序然后返回到操作200。如果不平衡的重量小于或者等于球42和52及预设量η的总重量,则电机旋转控制单元34在操作208中增大转筒20的转数N。
具有上述构造的洗衣机10包括:速度传感器32,用于检测电机30的转速ω;比特信号分析单元33d,用于分析转速ω的比特信号B;不平衡重量计算单元33b,用于从分析的结果计算不平衡的重量;以及不平衡重量确定单元33c,用于比较不平衡的重量和球42与52的总重量。由于如果不平衡的重量比球42和52的总重量大至少预设量η,电机旋转控制单元34暂时地降低转筒20的转数N,以校正不平衡,所以通过平衡装置40肯定能够抑制转筒20的震动。
在本实施例中,由于在第一平衡装置40内的滚道41和球42之间的间隙比第二平衡装置50内的滚道51和球52之间的间隙小,并且当安装在第一平衡装置40内的球42开始运动时的转数ξ1和当安装在第二平衡装置50内的球52开始运动时的转数ξ2被设置为彼此不同,因此通过调整间隙之间的差异能够增大当安装在第一平衡装置40内的球42开始运动时的转数ξ1和当安装在第二平衡装置50内的球52开始运动时的转数ξ2之间的差异。
尽管作为实施例说明了该洗衣机,但是本发明不限制于此,且可以在不背离本发明的技术精神的前提下进行各种变更。
包括该种旋转体控制装置的设备不局限于洗衣机,其它的工业设备或者其它的电子设备(例如离心分离机)也可以使用。
尽管当安装在第一平衡装置内的球开始运动时的转数ξ1和当安装在第二平衡装置内的球开始运动时的转数ξ2在第一实施例中设置为相互不同,但是如果当转筒的转数N像第一实施例一样满足N<ξ1且N<ξ2时分析转速,转数ξ1和ξ2可以彼此相等。
尽管当安装在第一平衡装置内的球开始运动时的转数ξ1和当坐落在第二平衡装置内的球开始运动时的转数ξ2在第一实施例中通过改变油的粘性而在第二实施例中通过调整在滚道和球之间的间隙而设置为彼此不同,但是其它的方法也可以使用。可以通过改变平衡装置的每个球的重量,来改变作用在球上的重力,进而调整转数ξ1和ξ2。可选择地,滚道的内表面的粗糙度或者球表面的粗糙度可以被改变。
尽管在本实施例中包括两个平衡装置(单元),但是可以包括至少三个平衡装置。在这种情况下,利用当安装在所有的平衡装置内的球开始移动时的转数或者当安装在除一个平衡装置外的其它平衡装置内的球开始运动时的转数来分析电机的转速。
尽管在平衡装置的滚道里包含有油,但是本发明不局限于油,可以包含其它的流体,例如水或者空气。
尽管已经显示并说明了几个实施例,但是本领域的技术人员应该理解的是,在不背离本发明的原理和精神的前提下,可以对这些实施例进行各种变更,本发明的范围在权利要求和其等同物中限定。
Claims (8)
1.一种旋转体控制装置,用于控制旋转体的旋转,该旋转体可转动地围绕安装轴线安装,该装置包括:
至少两个平衡单元,每个平衡单元都包括环形滚道和多个滚动体,该滚道与所述旋转体整体成型并且与所述旋转体的旋转轴线同心,该多个滚动体安装在所述滚道内以根据所述旋转体的旋转而移动;
转数测量单元,其测量所述旋转体的转数;
检测单元,其检测所述旋转体的转速;
分析单元,其分析由所述检测单元检测的转速的变化并且计算发生在所述旋转体内的不平衡的重量;以及
控制单元,其根据通过所述分析单元计算的不平衡的重量控制所述旋转体的旋转,
其中,当所述旋转体的转数小于当安装在所有所述平衡单元内的滚动体开始移动时的转数或者当安装在除了一个平衡单元外的另一个平衡单元内的滚动体开始移动时的转数时,所述分析单元分析转速的变化。
2.如权利要求1所述的装置,其中,在所述至少两个平衡单元内,当安装在一个平衡单元内的滚动体开始运动时的所述旋转体的转数设置为小于当安装在另一个平衡单元内的滚动体开始运动时的旋转体的转数。
3.如权利要求1或2所述的装置,其中:
所述分析单元根据由所述检测单元检测的转速的变化来计算发生在旋转体内的不平衡的重量,并且比较所述平衡体的重量和所述滚动体的总重量,以及
当所述不平衡的重量比所述滚动体的总重量大一个预设量时,所述控制单元暂时地降低所述旋转体的转数。
4.一种洗衣机,包括如权利要求1或2所述的装置,其中,所述旋转体是转筒,该转筒具有用于在其内容纳衣物的内部空间并且可转动地围绕旋转轴线安装。
5.如权利要求4所述的洗衣机,其中:
所述分析单元根据由所述检测单元检测的转速的变化来计算发生在所述旋转体内的不平衡的重量,并且比较所述不平衡的重量和所述滚动体的总重量,以及
当所述不平衡的重量比所述滚动体的总重量大一个预设量时,所述控制单元暂时地降低所述旋转体的转数。
6.一种洗衣机,包括:
旋转桶;
可转动地安装在所述旋转桶内的旋转体;
至少两个平衡装置,所述平衡装置与所述滚动体一体成型,并且包括安装在所述平衡装置内的滚动体;以及
控制单元,所述控制单元根据计算的不平衡的重量控制所述旋转体的旋转,当所述旋转体的转数小于当安装在至少一个平衡装置内的滚动体开始移动时的转数时,所述重量被计算。
7.如权利要求6所述的洗衣机,进一步包括分析单元,该分析单元分析所述旋转体的转速的变化,其中,所述控制单元根据所述旋转体的转速的变化计算所述不平衡的重量。
8.如权利要求7所述的洗衣机,其中,当所述不平衡的重量比所述平衡装置的滚动体的总重量大某一预定量或等于所述平衡装置的滚动体的总重量时,所述控制单元降低所述旋转体的转数,并且当所述不平衡的重量不比所述平衡装置的滚动体的总重量大某一预定量或者不等于所述平衡装置的滚动体的总重量时,则所述控制单元增大所述旋转体的转数。
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