CN101415876B - 用于清洗和/或干燥衣物的机器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于清洗和/或干燥衣物的机器，所述机器尤其以前侧装载的方式操作，包括滚筒轴(14)，所述滚筒轴借助于支承结构(13)被可旋转地支承，以便驱动衣物滚筒(12)；并包括用于确定与负载有关的特征变量或者基于衣物负载的所述衣物滚筒(12)或滚筒轴(14)的失衡的装置，其特征在于，用于确定与负载有关的特征变量或者失衡的装置包含至少一个磁场传感器单元(22)，借助于所述磁场传感器单元，将检测与所述滚筒轴(14)或衣物滚筒(12)一起移动的磁化区域(24)的磁场。而且，本发明涉及用于确定衣物滚筒(12)的与负载有关的特征变量或失衡参数的方法，在所述方法中所述参数借助于至少一个磁场传感器单元(22)被去顶，并且机器的控制和/或调节参数可由此获得。
Description
技术领域
本发明涉及用于清洗和/或干燥衣物的机器，所述机器特别地以前侧装载的方式操作；并且涉及这样的方法，所述方法用于确定和处理如权利要求1或10的前序部分中指出的那种类型的机器的洗衣滚筒或滚筒轴的与装载相关特征的变量或失衡参数。
背景技术
在洗衣机运转时出现的问题是由于尤其旋转过程中出现的振动。这些振动来源于由于洗衣滚筒中衣物的不均匀的质量分布而导致的失衡。所述失衡自从洗衣过程开始时就已经存在，但是所述失衡由于衣物的不同排干特性还在旋转操作的过程中首先产生，并且随着过程的继续而随时间改变。通过以下措施容许这种失衡引起的力，即合适地将清洗单元与清洗滚筒悬置。清洗单元的悬置可仍是过度紧张的，但是较大的失衡在较高旋转速度时出现，这可对机器造成所谓的行走(walk)或踢踹(kick)。但是甚至在机器在可忍受的振动引起的偏移(excursion)极限内操作时，失衡引起的力将不仅导致不期望的噪音的出现，还导致洗衣机中的更大的磨损和疲劳，尤其是在洗衣机的运动部件和轴承中。因而，必须采取尽可能综合的最佳洗衣过程控制，确定与负载相关的特征变量或者失衡参数，并评价它们以便高效限制和/或完全避免由于衣物质量分布导致的失衡。
德国专利公开文献DE10022609C2公开了一种用于限制洗衣机的清洗单元的失衡效果的方法以及用于实现所述方法的装置。其中，多个传感器以分布的方式连接至洗衣机的起泡容器(suds container)的周边，以便确定洗衣过程中由于活动的衣物滚筒所导致出现的失衡。所述传感器记录起泡容器的失衡引起的偏移以及它们之间的相移。限制失衡的措施将取决于所记录的偏移值而被启动。加速度传感器或光学和/或电机械行程传感器在此可用作为传感器。
已经看出所述方法和装置的不足之处在于，由于衣物不平衡的装载所产生的动态的、已经作用的失衡可以通过设置在起泡容器上的传感器被检测，而且，不是用于高效限制所述失衡的所有参数、例如清洗滚筒中的衣物的总重量可以被记录。可以看出另一不足之处在于，一方面，由于需要多个用于实现该方法的传感器将增加制造成本，并且另一方面，将传感器连接至起泡容器的周边上将在已经设置在该区域中的部件造成结构设计的限制。
通过专利公开文献EP856604A已知用于确定衣物失衡的洗衣机和传感器结构，而称为霍尔传感器的磁性传感器可用于确定失衡的位置。在专利公开文献WO 2005/059492中公开了洗衣机的另一测量装置。为了检测旋转参数，所述测量装置包括磁场传感器单元。
发明内容
因此，本发明的目的是提供背景技术中所介绍的机器和方法，由此，可以使用多个相关的参数，以便更加高效地限制失衡引起的效应，并且由此，将可以实现更加紧凑的、更加灵活的以及更便宜的机器结构。
所述目的根据本发明得以实现在于，用于清洗和/或干燥衣物的机器以及用于确定和处理机器的衣物滚筒或滚筒轴的与负载相关的特征变量或失衡参数的方法，它们具有根据权利要求1或10的特征。
在其它权利要求中叙述了表明本发明的有利的和重要的改型的有利实施例。
本发明的机器尤其是一种洗衣机，所述洗衣机以前侧装载的方式操作，这意味着这样一种洗衣机，所述洗衣机包括衣物滚筒，所述衣物滚筒绕水平轴线或者相对于水平轴线稍微倾斜地可旋转地安装，并可从前侧装载衣物。但还可想到的是转筒式干燥机或用于在这样情况中处理衣服物品的任何其它机器，在所述情况中，存在由于特别旋转过程中不均匀装载所导致的失衡效应。因此，本发明不仅涉及采用前侧装载方式的洗衣机，还涉及这样的任何机器，所述机器设置有滚筒轴，以便驱动用于清洗和/或干燥衣物的衣物滚筒，例如意味着还涉及以顶侧装载方式操作的洗衣机，其具有需要从上方装载的衣物滚筒；以及干洗机。
用于确定和处理与负载有关的特征变量或失衡的机器根据本发明包括至少一个磁场传感器单元，借助于所述磁场传感器单元可以检测与滚筒轴或者衣物滚筒一起移动的磁化区域的磁场。所述磁场传感器单元例如包括多个磁场传感器，从而例如无接触地利用与力和矩相关的参数确定滚筒轴的轴位置。此外，以霍尔方式操作的传感器在此适合使用。换句话说，可以直接确定振动系统中的相关的特征负载变化，而不仅仅是例如清洗滚筒的转速变化形式的它们的影响。此外，不必使得清洗滚筒旋转，从而可以借助于直至其旋转时才出现的偏移确定与失衡有关的参数。因为出现的力和矩根据本发明在滚筒轴上无接触地被确定，所以可以在最直接装载的部件上直接地并没有磨损和疲劳地测量与处理现有失衡有关的参数。此外，优选所利用的可磁化材料的磁致伸缩特性还是没有磨损和疲劳的内在特性。
对于根据本发明的机器结构设计而言，仅仅具有低空间要求的传感器单元需要优选设置在滚筒轴的容易接触的区域中，从而将可实现更加紧凑的并便宜的机器结构。
与滚筒轴一起移动的磁化区域的特别简单的实施例可通过以下措施提供，制造这样一种滚筒轴，其本身至少以区段的方式由具有磁性的材料制成。在滚筒轴上可直接记录与处理衣物滚筒的失衡有关的所有参数，这是因为一方面由衣物在清洗滚筒的区域中产生的力和矩以及另一方面由驱动单元产生的力和矩全都直接作用在滚筒轴上。
可选地，已经证明有利的是，将本身没有或仅仅具有不足的磁性的滚筒轴以例如摩擦和/或形状配合的方式连接至共同移动的部件，其形式例如设置在外周周围的壳。与滚筒轴共同移动的磁化区域因而可以极其简单地通过共同移动的部件被提供。此外，对于已经存在的机器而言，因而可信服的是提供这样一种技术方案，由此，本发明的优点可以可追溯地实现。此外，利用附加的可磁化部件将允许滚筒轴由这样一种材料制成，所述材料可独立于其磁性被选择。而且，实现本发明所需的磁化区域可以以成本减小的方式限制于绝对必须的最小程度。
如果具有尽可能高的磁致伸缩常数的铁磁材料——例如具有简称 X17CrNi16-2的钢No.1.4057被用于制成磁化区域，则在滚筒轴或与其相连的部件中和上出现的力和矩可以特别有利地通过逆磁致伸缩的效应被转换成由所述材料所形成的磁场的相应较大的、容易检测的变化。这将允许采用便宜的磁场传感器单元，其表现出低灵敏度。
结构特别实用的并紧凑的布置结构将出现，如果磁场传感器单元设置在支承结构内，从而位于形成滚筒轴的可旋转运动轴承的两个轴承之间的中央区域中。这相对于轴承之间的滚筒轴的最大摆动也是实用的，所述最大摆动在以下情况中由于衣物所造成的循环失衡的离心力出现，例如在滚筒轴由于一方面衣物的重力作用而另一方面驱动单元的牵拉作用而是静止的时，并且在清洗滚筒旋转时。
如果磁场传感器单元连接至洗衣机的控制单元，则有利地出现这样的可能性，评价由传感器单元所确定的参数并选择性干涉清洗程序周期，从而已经出现的失衡引起的作用可以与状况无关地被最小化，或者甚至主动地完全防止。
在另一有利的实施例中，在滚筒轴上出现的动态参数值通过磁场传感器单元被确定。所述参数值首先包括不同的力矩，其例如由驱动单元的驱动力矩产生，这是由于衣物滚筒内的不均匀的质量分布；以及由于支承结构内的摩擦以及清洗滚筒与空气或其周围的皂沫等之间的摩擦所导致的力矩。所述参数值还包括转矩，所述转矩在驱动轴中由于负载的衣物的质量惯性由于滚筒轴一端的驱动力矩与另一端的力矩之间相互作用而出现。另一参数值可以是由于失衡引起的离心力所造成的滚筒轴的弯矩，所述弯矩可从外侧看出随着滚筒轴循环。最后，特别有利的是附加的磁场传感器在磁场传感器单元中的结构，其通过测量连接至滚筒轴的永磁化区域而确定滚筒轴的瞬时轴向位置，并因而使得准确地确定清洗滚筒的角速度和/或瞬时转角。
针对特别目标的失衡处理的另一主要参数值是安置在清洗滚筒上的衣物的总重量。所述重量根据本发明通过直接确定静止地施加至滚筒轴的弯曲力而被确定，这是因为所述力仅仅包括取决于系统的并可设置成恒定的值以及衣物的变化重量力。所述参数与衣物的重量成比例，并与衣物滚筒的转角位置的无关。因此，这特别适于确定衣物的重量。在此应该注意的是，在清洗的过程中由于不同程度的潮湿，衣物的重量随着时间变化。
在本发明的方法中设置成，首先经由磁场传感器单元确定滚筒轴或衣物滚筒上的与负载相关的特征变量或失衡参数，并且作为所述参 数的函数，确定针对瞬时清洗过程的对应的控制和/或调节参数。本发明的装置的有利实施例将被认为是本发明的方法的有利实施例。
在本发明方法的特别有利的实施例中，滚筒轴上出现的弯矩、力矩和/或转矩以及滚筒轴的瞬时转角或瞬时角速度在动态处理的状态下被确定。因而使得可以准确地确定造成衣物滚筒内失衡的质量分布的位置。瞬时作用在滚筒轴上的、并由其可确定位于衣物滚筒中的衣物的重量的弯曲力优选在静态处理状态下被确定。
已经被确定的力、矩和/或角速度值可以以优选的方式通过机器的控制装置被评价。所述评价将允许直接获得控制和调节参数，并且因此在洗衣过程中实现选择性的干涉，以便限制和/或主动避免失衡引起的作用。
此外，对于该方法而言，有利的是提供，借助于已经获得的控制和调节参数选择性改变衣物滚筒的瞬时转速和/或角速度，由此，一方面将实现限制在清洗单元上作用的失衡引起的力，并且另一方面，通过选择性分布在清洗滚筒中不均匀分布的衣物而提供较大地或全部地消除失衡的可能性。
附图说明
通过优选示意性实施例的以下说明并借助于附图将清楚本发明的其它优点、特点和具体方式，其中：
图1示出了机器的示意性剖视图，所述机器设置为用于清洗和/或干燥衣物的前侧装载式洗衣机，具有经由滚筒轴驱动的衣物滚筒，并具有设置在滚筒轴的支承结构所在区域中的磁场传感器单元，以便确定衣物滚筒或滚筒轴的与负载相关的特征变量或失衡；
图2示出了机器的另一示意性剖视图，所述机器设置为用于清洗和/或干燥衣物的前侧装载式洗衣机，如图1所示，滚筒轴由于以下因素振动，即一方面衣物滚筒和衣物的相连重力引起的重量力以及另一方面示意性表示的驱动带的带拉力所产生的带张紧力；
图3示出了如图1和2所示的用于清洗和/或干燥衣物的机器的衣物滚筒的示意性前视图，示意性示出了重力在位于衣物滚筒的外周上的并由示意性示出的衣物的不均匀分布造成的质量上的示意性作用； 并且
图4示出了衣物滚筒的示意性前视图以及如图1至3所示的用于清洗和/或干燥衣物的机器的示意性剖视图，示意性示出了作用在衣物滚筒的外周上的离心力的影响，所述离心力由动态清洗处理过程中失衡质量产生。
具体实施方式
对于在本示意性实施例中设置为用于清洗和/或干燥衣物的机器即前侧装载式洗衣机而言，图1以示意性剖视图的方式示出了设置在洗衣机壳体(未示出)中的起泡容器10，并且在所述起泡容器中设置衣物滚筒12，其经由支承结构13被单侧地支承。衣物滚筒12经由滚筒轴14连接至带轮16，所述带轮16经由驱动带(未示出)将驱动单元的力矩传递至衣物滚筒12的滚筒轴14。滚筒轴14通过支承结构13的两个轴承20被保持就位，所述轴承反过来间隔地容纳在轴承壳体18中。轴承20在本示意性实施例中设置为球轴承。轴承壳体18反过来永久地连接至起泡容器10的后壁。
包括一个或多个磁场传感器的磁场传感器单元22容纳在轴承壳体18内，处于两个轴承20之间的中央区域中。除了正如在此所提供的那样优选居中位于两个轴承20之间以外，当然，磁场传感器单元22可以令人想到地设置成更靠近两个轴承20中的一个。随滚筒轴14移动的磁化区域24的磁场通过磁场传感器单元22被检测，而所述区域反过来设置在磁场传感器单元22所在的区域内。滚筒轴14在该示意性实施例中出于该目的本身以区段的方式由具有对应于磁性或者磁致伸缩特性的材料制成。但是，本发明的范围应该被认为包括这样的可能性，即采用这样的滚筒轴14，其例如本身没有或仅仅拥有不足的磁性，并包括例如壳形式的共同移动的部件，所述壳安置在外周的周围并例如以摩擦的方式和/或以形状配合的方式连接至滚筒轴14。滚筒轴14的磁化区域24优选由具有高磁致伸缩常数的铁磁材料形成，例如钢No.1.4057——从而可以采用便宜的磁场传感器单元22，其表现出相对较低的灵敏度。由于与滚筒轴14共同移动的磁化区域24的磁致伸缩特性，滚筒轴14的机械变形被转换成由磁化区域24所形成的 磁场的改变。所述磁场的改变将通过磁场传感器单元22以无接触的方式被记录。
如图2示意性所示，在如图1所示的前侧装载式洗衣机的另一剖视图中，示出了由弹性曲线33表示的滚筒轴14的摆动。所述摆动在此一方面由弯矩MT并另一方面由弯矩MR造成，其中弯矩MT由相连作用的衣物滚筒12的重力FT和衣物的重力FW经由杆臂It根据公式MT＝(FT+FW)*It获得；而弯矩MR由带张力FR经由设置在带轮16上的驱动带的杆臂It根据公式MR＝FR*Ir获得。
带张力以及由于重力导致的重量力的作用线出于简化的原因在该实施例中设置为平行。因为驱动带的带张力FR、衣物滚筒的重量力FT、以及杆臂It和Ir可被认为针对装置是恒定的，所以由弹性曲线33所表示的滚筒轴14上的摆动或者弯曲应力在清洗滚筒12静止时仅仅取决于清洗滚筒12中衣物的重量力FW。所述弯曲应力的方向是恒定的，并且独立于衣物滚筒12的转角的位置。
因而可以准确地通过由弹性曲线33所表示的滚筒轴14上的摆动或者弯曲应力以简单的方式确定衣物的重量。磁场传感器单元22在滚筒轴14的最大装载或摆动区域中的中央结构以及由于相应较大的逆磁致伸缩的作用导致的、由磁化区域所形成的磁场变化使得通过磁场传感器单元22容易检测。因此可以利用更不灵敏的并且更便宜的磁场传感器，由此，与处理失衡引起的作用有关的参数值——力矩、转矩、弯曲力、衣物质量和衣物滚筒12的旋转角度可以以无接触的方式被记录，并且没有磨损和疲劳。
图3是如图1和2所示用于清洗和/或干燥衣物的机器的衣物滚筒12的示意性前视图。以下说明确定经由滚筒轴14从带轮16传递至衣物滚筒的力矩的方式。
经由带轮16引入滚筒轴中的驱动力矩通过以下力矩被抵抗：当衣物滚筒12在其旋转运动中加速或减速时出现的惯性质量矩、由于轴承20中以及衣物滚筒12与空气或者其周围的洗液之间的摩擦导致的摩擦矩、以及由于位于衣物滚筒12的外周上的衣物的加速而导致的、随着滚筒旋转改变的力矩。
作用在以特定速度旋转的衣物滚筒12的外周34上的失衡引起的重量力FUG出于该目的在图3中示出。在衣物滚筒12以特定的速度或者超过衣物扩散速度的角速度ω旋转时，最终的失衡可由于具有质量mU的不均匀质量分布而出现。扩散速度在此应被理解为这样的旋转速度，在该旋转速度，作用在衣物上的离心力等于或大于作用在其上的重力，从而衣物将抵靠着衣物滚筒的内壁不可移动。具有造成失衡的重量力FUG的质量mU必须在衣物滚筒12的一个完整转圈过程中在向上移动运动中相反于重力被提升。在衣物滚筒12的转圈的向下运动中，其相反地由重力加速。周期改变的杆臂ht在滚筒轴14上产生正弦的力矩曲线MUG，导致随滚筒轴的旋转速度或者角速度ω而改变的转矩应力，并且它们的幅度取决于最终的失衡的程度。因此，以下公式应用于力矩曲线MUG：
MUG＝FUG*ht*sin(ωt)
清洗滚筒12中失衡的位置和程度因而可以通过评价与负载有关的特征变量被准确地确定，其中所述与负载有关的特征变量已经被确定。对应控制和/或调节参数的产生将使得选择性影响清洗过程，以便减小或甚至全部消除失衡引起的作用。
最后如图4示意性所示，其示出了衣物滚筒12的示意性前视图以及如图1至3所示的机器的示意性剖视图，示出了装载洗衣机的另一种情况，其具有在此可获得的参数值或者与负载相关的特征变量。在此，尤其基于作用在清洗滚筒12的外周34上的、失衡质量mU的离心力是弯矩MUF。如果由于不正确的质量分布所导致的失衡在以滚筒轴的转速或高于衣物的扩散速度的角速度ω旋转操作过程中出现，则将产生作用在清洗滚筒12的外周34(半径rt)上的离心力FUF。所述离心力FUF由以下公式获得
FUF＝mU*ω2*rt
所述离心力FUF经由杆臂IU产生弯矩MUF，所述弯矩反过来在滚筒轴14中产生弯曲应力。因为所述应力的方向相对于磁化滚筒轴14是恒定的，但是从外侧看，以滚筒轴的旋转速度或者角速度ω循环，磁场传感器单元22将记录这样的信号，所述信号以滚筒轴的旋转速度 或角速度ω循环，并取决于清洗滚筒12的外周34上不正确的质量分布的程度及其轴向位置。弯矩MUF在此导致了滚筒轴上的实际负载。
基于由磁场传感器单元22所确定的与负载有关的特征变量或失衡参数，在该方法的随后步骤中可以获得作为已经确定的值的函数的机器的控制和/或调节参数。机器的所述控制和/或调节参数通过控制装置获得，所述控制装置属于机器，并且在附图中未示出。例如，衣物滚筒的旋转速度或者角速度可以作为控制和/或调节参数的函数经由控制装置被改变，所述控制装置连接至机器的驱动装置，并且由于衣物的不均匀的分布所导致的失衡因而被避免或者被全部消除。例如，为此可想到的是突然地或仅仅在应用时短暂地改变衣物滚筒12的旋转速度或角速度，由此可以实现衣物的更加均匀的分布。
Claims (18)
1.一种用于清洗和/或干燥衣物的机器，包括滚筒轴(14)，所述滚筒轴借助于支承结构(13)被可旋转地支承，以便驱动衣物滚筒(12)；并包括用于基于衣物负载确定所述衣物滚筒(12)或滚筒轴(14)的与负载有关的特征变量或者失衡的装置，用于确定与负载有关的特征变量或者失衡的装置包含至少一个磁场传感器单元(22)，借助于所述磁场传感器单元，将检测与所述滚筒轴(14)或衣物滚筒(12)一起移动的磁化区域(24)的磁场，其特征在于，所述磁化区域由铁磁材料制成，由于与所述滚筒轴(14)共同移动的磁化区域(24)的磁致伸缩特性，所述滚筒轴(14)的机械变形被转换成由磁化区域(24)所形成的磁场的改变。
2.根据权利要求1所述的机器，其特征在于，所述磁化区域(24)设置在所述衣物滚筒(12)的滚筒轴(14)上。
3.根据权利要求1所述的机器，其特征在于，所述滚筒轴(12)本身至少以区段的方式由形成所述磁化区域(24)的可磁化材料制成。
4.根据权利要求1所述的机器，其特征在于，所述滚筒轴(12)包括与其一起移动的部件，并且所述部件至少以区段的方式由形成所述磁化区域(24)的可磁化材料制成。
5.根据权利要求4所述的机器，其特征在于，所述部件是在所述滚筒轴的外周周围包围所述滚筒轴的壳部件。
6.根据权利要求3至5任一所述的机器，其特征在于，所述可磁化材料是具有磁致伸缩特性的铁磁钢。
7.根据权利要求1至5任一所述的机器，其特征在于，所述支承结构(13)包括两个轴承(20)，在所述轴承之间设置所述至少一个磁场传感器单元(22)。
8.根据权利要求7所述的机器，其特征在于，所述传感器单元(22)至少与所述两个轴承(20)大致等距。
9.根据权利要求1至5任一所述的机器，其特征在于，所述至少一个磁场传感器单元(22)连接至所述机器的控制装置，借助于所述装置可以设定所述衣物滚筒(12)的转速或角速度(ω)。
10.根据权利要求1至5任一所述的机器，其特征在于，至少一个动态参数值借助于至少一个磁场传感器单元(22)被确定。
11.根据权利要求10所述的机器，其特征在于，所述至少一个动态参数值是施加至所述滚筒轴(12)的力矩和/或转矩(MUG)和/或弯矩(MUF)和/或动态弯曲力(FUF)和/或所述滚筒轴(14)的角速度(ω)。
12.根据权利要求1至5任一所述的机器，其特征在于，至少一个静态参数值借助于所述至少一个磁场传感器单元被确定。
13.根据权利要求12所述的机器，其特征在于，所述至少一个静态参数值是出现在滚筒轴(14)上的静态弯曲力(FT、FR、FW)和/或弯矩(MT、MR)。
14.根据权利要求1至5任一所述的机器，其特征在于，所述机器以前侧装载的方式操作。
15.一种用于确定和处理与负载有关的特征变量或失衡参数的方法，其中所述与负载有关的特征变量或失衡参数属于基于衣物负载的根据权利要求1至14的用于清洗和/或干燥衣物的机器的衣物滚筒
(12)或滚筒轴(14)，所述方法的特征在于以下步骤：
a)借助于至少一个磁场传感器单元(22)确定所述与负载有关的特征变量或失衡参数，通过所述磁场传感器，检测与所述滚筒轴(14)或衣物滚筒(12)一起移动的磁化区域(24)的磁场；
b)获得所述机器的控制和/或调节参数，所述机器的控制和/或调节参数是由所述磁场传感器单元(22)确定的与负载有关的特征变量或失衡参数的函数，其特征在于，所述磁化区域由铁磁材料制成，由于与所述滚筒轴(14)共同移动的磁化区域(24)的磁致伸缩特性，所述滚筒轴(14)的机械变形被转换成由磁化区域(24)所形成的磁场的改变。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在步骤a)中确定力矩和/或转矩(MUG)和/或弯矩(MUF、MT、MR)和/或至少一个弯曲力(FUF、FT、FR、FW)和/或所述滚筒轴或衣物滚筒(14)的角速度(ω)。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述控制和/或调节参数在所述步骤b)中通过所述机器的控制装置被获得。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述滚筒轴或所述衣物滚筒(12)的角速度(ω)借助于所述控制装置以作为所述控制和/或调节参数的函数的方式被改变。
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