CN101470019A - 测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测量装置和方法，该测量装置和方法用于确定负荷在被可旋转地支承的洗涤篮(25)中的部分的测量值，该方法包括：a)确定干负荷测量值；b)旋转被可旋转地支承的洗涤篮(25)，以便从负荷逐渐地去除液体，其中，大致通过被可旋转地支承的洗涤篮(25)上的离心力去除液体；c)确定湿负荷测量值，其中，干负荷测量值小于湿负荷测量值；d)比较干负荷测量值和湿负荷测量值，以确定剩余液体测量值；以及e)重复c)和d)，直到剩余液体测量值大致在湿负荷测量值的大约0％至50％的预定百分数阈值之内。

Description

测量装置和方法

相关申请的交叉引用

本申请为美国专利申请序列号No.11/929,546的继续申请，其于2007年10月30日提交，名称为“Measuring Apparatus and Method”，并且该申请的整体内容以足以实施本发明的程度结合于本申请中。

技术领域

本发明涉及测量容器所支承的负荷的特征。更确切来说，本发明涉及测量经受旋转加速的洗涤桶或洗涤篮中的负荷大小。

背景技术

也称为顶部装载式洗衣机的立轴式洗衣机代表了美国整个洗衣机消费市场中的大部分。横轴式洗衣机代表了美国市场中的较小部分，而在国外通常代表了整个洗衣机消费市场的较大部分。

大多数立轴式洗衣机包括旋转循环，其用于使用离心力从衣物中去除水和/或洗涤剂并旋转洗衣负荷桶(也称洗涤桶(“桶”)或洗涤篮)。在典型的旋转循环期间，洗衣机的电动机(通常是感应电动机)以较高的速度来旋转洗涤桶。

在过去，洗衣机中使用的感应电动机是单向感应电动机或PSC感应电动机。最近，某些市面有售的洗衣机中使用了三相感应电动机。家用洗衣机中的三相电动机通常由标准的单相交流家用电力来供电。作为三相感应电动机式洗衣机的一部分，与电动机相关的电路将单相交流家用电力转换成三相电力；三相电力更有益于电动机的启动并且比单相电力更有效地操作。

关于感应电动机的简单解释(忽略损失)如下：感应电动机具有带有短路线圈的转子，该短路线圈位于带有旋转磁场的定子的内侧。来自旋转磁场的磁通量在转子内感应出电流。电流的频率等于定子磁场转速与转子转速之间的差。定子磁场与转子磁场的速度或频率的差称为转差。

转子电流导致了转子磁场，该转子磁场以转差频率相对于转子旋转并以同一转差频率相对于定子磁场旋转。转子磁场与定子磁场之间的交互作用在转子中产生扭矩。

洗衣机洗衣循环具有多种模式，例如，注水、放水及旋转、搅动和旋转。负荷感测可发生在洗衣循环的各个分段之前、期间或之后。装载到用于洗涤的洗衣机中的衣物负荷重量是决定洗衣循环所用的水和洗涤剂的适当数量的重要参数。大的衣物负荷比小的负荷需要更多的水量。当针对给定的衣物负荷将适量的水注入洗涤桶时，可实现更好的衣物洗涤性并可节省大量的水和能量。太多的水或洗涤剂会造成浪费，而水或洗涤剂太少通常会不利地影响洗涤的效果，并且可能因衣物不能在水中自由地移动而使电动机的负荷较高，从而导致能量消耗升高。另外，负荷的大小可帮助确定最大转速和负荷不均衡性的程度。例如，具有0.5磅不均衡性的1磅负荷可能比具有0.5磅不均衡性的10磅负荷要严重。

知道洗衣循环中所使用的水和洗涤剂的量可有助于使洗衣机有效地运行。旋转循环通常运行预定的时间量，该预定的时间量基于诸如用户选择的负荷大小的非常普通的信息。由于通常地选择负荷大小并且负荷大小不基于实际的负荷大小，所以洗衣机的旋转循环可能运行比从负荷中抽出诸如水或与洗涤剂相混合的水的液体所需的时间更多或更少的时间，这将消耗比所需能量更多的能量，对负荷造成更大才磨损，花费更长的运行时间并且在将水抽出方面更加低效。

人们需要对装载到洗衣机内的衣物负荷进行估计的技术或方法，这是因为这种技术或方法消除了洗衣机操作者的猜测，该猜测可导致注入不适当的水或使用不适量的洗涤剂以及用于合适液体抽出的不恰当的旋转时间。知道负荷的大小还可通过限制最大速度来防止洗衣机被损坏，并且通过限制被执行的搅拌量来防止对负荷的磨损。现有技术包括：安装在洗涤桶弹簧处的位移传感器；感测洗涤桶相对于底盘的相对位移的磁体和感应传感器；及超声波换能器。使用感测硬件的现有技术洗衣机由于需要专用的感测硬件而成本昂贵。

因此，需要一种克服、减缓和/或减轻现有技术洗衣机的一个或多个上述和其他有害的影响的洗衣机。

发明内容

提供一种洗衣机，其测量带有电动机的洗衣机中的负荷。在一个实施例中，本发明的示例性方法提供一种测量方法，该方法进一步描述为确定负荷在被可旋转地支承的洗涤篮中的部分的测量值的方法，其中，被可旋转地支承的洗涤篮限定至少一个孔。该方法包括：a)在第一时间确定干负荷测量值；b)在第一时间之后的某个时间旋转被可旋转地支承的洗涤篮，以便从负荷逐渐地去除液体，其中，大致通过被可旋转地支承的洗涤篮上的离心力去除液体，并且液体通过被可旋转地支承的洗涤篮的至少一个孔离开被可旋转地支承的洗涤篮；c)在第二时间确定湿负荷测量值，其中，干负荷测量值小于湿负荷测量值；d)比较干负荷测量值和湿负荷测量值，以确定剩余液体测量值；以及e)重复c)和d)，直到剩余液体测量值大致在湿负荷测量值的大约％至％的预定百分数阈值之内。

在另一个实施例中，本发明的示例性装置包括一种洗衣机，其包括：洗涤桶，洗涤桶在其中具有负荷，洗涤桶构造成在其中接收液体并且从其中去除液体；和控制电路，其配置为执行负荷测量公式，负荷测量公式用于确定洗涤桶中的具有液体的和不具有液体的负荷的测量值；其中，分别在第一时间和第二时间获得的不具有液体的干负荷测量值和具有液体的湿负荷测量用于确定剩余液体测量值，并且当从洗涤桶中去除液体时重复获得湿负荷测量值，并且基于重复的湿负荷测量值获得另外的剩余液体测量值，直到剩余液体测量值大致在湿负荷测量值的％至％之间的预定范围之内。

本发明的另一种示例性实施例包括一种计算机程序产品，其包括可由电路断流器读取的程序存储装置，从而有形地(tangibly)实施可由电路断流器执行的指令程序，以实施确定负荷在被可旋转地支承的洗涤篮中的部分的测量值的方法，其中，被可旋转地支承的洗涤篮限定至少一个孔，该方法包括：a)在第一时间确定干负荷测量值；b)在第一时间之后的某个时间旋转被可旋转地支承的洗涤篮，以便从负荷逐渐地去除液体，其中，大致通过被可旋转地支承的洗涤篮上的离心力去除液体，并且液体通过被可旋转地支承的洗涤篮的至少一个孔离开被可旋转地支承的洗涤篮；c)在第二时间确定湿负荷测量值，其中，干负荷测量值小于湿负荷测量值；d)比较干负荷测量值和湿负荷测量值，以确定剩余液体测量值；以及e)重复c)和d)，直到剩余液体测量值大致在湿负荷测量值的大约％至％的预定百分数阈值之内。

以上简要说明相当广泛地阐述了本发明中较为重要的特征，以便可更好地理解其在下文中的详细说明，且可更好地了解本发明对本技术领域的贡献。当然，还存在将在下文中阐述的并且将作为权利要求主体的本发明的额外特征。

在这个方面，在详细解释本发明的数个实施例之前，应理解的是，本发明在应用方面并非限定于以下说明中所述或图示中所示的构造细节和构件布置。本发明能够具有其他实施例且能够以各种方式实践和实施。此外，应理解的是，本文中使用的措辞和术语是用于说明的目的而不应视为限定性的。

因此，本领域技术人员应了解的是，本发明所基于的概念可容易地用作设计用于实现本发明的数个目的的其他结构、方法和系统的基础。因此，重要的是，应将权利要求书理解为包括此类等效构造，只要其不脱离本发明的精神和范围。

此外，前述发明摘要的目的是使得美国专利商标局和普通大众、以及尤其是不熟悉专利术语或措辞或法律术语或措辞的科学家、工程师和本领域技术人员能够通过粗略地阅读而快速地确定本申请的技术公开内容的本质和实质。因此，发明摘要既不意图限定本发明或本申请(其仅受限于权利要求书)，也不意图以任何方式限定本发明范围。

此外，背景技术和具体实施方式两者中使用的以上段落标题的目的是使得美国专利商标局和普通大众、以及尤其是不熟悉专利术语或措辞或法律术语或措辞的科学家、工程师和本领域技术人员能够通过粗略地阅读而快速地确定本申请的技术公开内容的本质和实质。因此，这些段落标题既不意图限定本发明或本申请(其仅受限于权利要求书)，也不意图以任何方式限定本发明范围。

根据以下具体实施方式、图示和权利要求书，本领域技术人员可了解和理解本发明的上述的和其他的特征和优点。

附图说明

图1是根据本发明示例性实施例的立轴式洗衣机的剖视图；

图2显示本发明的示例性横轴式洗衣机的各个元件的剖视图；

图3显示沿图2剖视图中的线2-2截取的本发明的示例性洗衣机的侧视图；

图4显示本发明的洗衣机的示例性实施例的功能方块图；

图5a，图5b显示本发明的示例性方法；

图5c显示本发明的另一示例性方法；

图6是电压与时间的图表，其显示洗衣机电动机的输入电压的频率和幅值；

图7a是速度与时间的图表，其显示洗衣机电动机的输入电压的频率和幅值，其中正频率跃变发生在t₁处；

图7b是速度与时间的图表，其显示洗衣机电动机的输入电压的频率和幅值，其中负频率跃变发生在t₁处；

图8显示负荷大小与时间的图表以及绘制在该图表上的线L，线L与直线方程大致拟合并且还代表本发明实施例的示例性洗衣机的负荷大小方程；

图9显示负荷大小与时间的图表，其包括代表本发明示例性实施例的负荷随时间变化的理论负荷大小曲线图；

图10是显示本发明示例性实施例的流程图。

具体实施方式

关于洗衣机的介绍

参照图示，尤其参照图1，显示了根据本发明示例性实施例的洗衣机，且由参考编号10总体表示。为清楚起见，本文公开了用于理解本发明所必需的洗衣机10的各个方面，以及有助于理解洗衣机10的操作的各个方面。本文中阐述的洗衣机10可为图1所示的立轴式洗衣机10或者图2和图3所示的横轴式洗衣机10。本领域技术人员可使用其中任一种构造来实施本文所述的本发明示例性实施例。在横轴式洗衣机和立轴式洗衣机的图示中使用了相似的参考编号。

洗衣机10包括电动机12和电动机控制单元14。电动机12是三相交流(AC)感应电动机，且在某些实施例中包括与其整体形成的电动机控制单元14。本文将与电动机整体形成的电动机控制器称为集成控制器及电动机(ICM)或集成控制电路。电动机控制单元14可包括针对本发明示例性实施例定制的电路。可选地，可使用相对于电动机独立供电的电动机控制电路，这可由本领域技术人员来决定。出于显示目的，独立控制电路14与集成电动机控制电路14具有相同的方块配置，因此不给予单独的显示。洗衣机10具有诸如图4所示的单相AC电力输入48的电力输入。

洗衣机10包括外壳或机壳20，外壳或机壳20以已知的方式支承固定桶22、洗涤篮或移动洗涤桶(“桶”)25、搅拌器26、电动机12和电动机控制单元14。图中还显示了搅拌器和洗涤篮的驱动轴30、32。洗涤篮25构造为装纳待洗涤的物件(未示出)，例如衣物。电路14配置为以便其可致使电路14以确定负荷大小(负荷未显示)的方式来控制电动机。控制电路包括计数器C和存储器56，该存储器56用于存储负荷大小的数据以及可由本领域技术人员决定的其他合适的数据。

在旋转循环期间，洗涤篮25和搅拌器26构造为由电动机12经由联接至驱动带29的电动机驱动轴来驱动，以便绕轴线28高速地旋转。采用这种方式，物件内的液体由于旋转循环产生的离心力而被去除，并允许液体通过开口(未显示)离开洗涤篮。然而，在洗衣循环期间，搅拌器26构造为由电动机12驱动以绕轴线28来回地旋转，以便搅拌洗涤篮中的衣物。例如，搅拌器26固定至搅拌器驱动轴30，洗涤篮25固定至洗涤篮驱动轴32。电动机12通过传动装置34联接至模式切换器16。在图1的垂直式洗衣机构造中，传动装置34构造为经由驱动带29将电动机12施加于电动机轴36上的旋转运动传递至模式切换器16。在图2的水平式洗衣机构造中，直接带驱动构造为经由驱动带29将电动机12施加于电动机轴36上的旋转运动传递至洗涤桶25。图3显示沿图2剖视图的线2-2截取的本发明示例性洗衣机的侧视图。

在旋转循环期间，洗涤篮25和搅拌器26构造为由电动机12驱动以绕轴线28高速地旋转。采用这种方式，物件内的液体由于旋转循环产生的离心力而被去除，并允许液体通过开口(未显示)离开洗涤篮。在旋转循环期间，洗涤篮25具有惯性负荷，该惯性负荷包括来自物件的惯性负荷以及洗涤篮25所固有的惯性负荷。在旋转循环期间，物件或衣物以第一速度或粘贴速度粘贴至洗涤篮25的壁。粘贴是指旋转循环的离心力将衣物推靠在洗涤篮的壁或结构上。在旋转的洗涤篮的第一速度或粘贴速度到第二速度或最大速度的时期期间，衣物通过离心力保持在原位。粘贴速度和最大速度可由本领域的技术人员来确定。

负荷检测和液体测量

本发明的示例性电子控制电路包括可使用编程语言(例如，C、C++汇编语言)编程的元件(例如，微处理器61(参见图4))。可选地，微处理器可为专用集成电路(ASIC)。控制电路内所用的微处理器类型可由本领域技术人员来确定。

本发明实例中所示的另一元件是交流-直流转换器元件62，其用于将单相输入电力(例如，美国的110伏、60赫兹的常规家用电压)转换成直流电压。另外，还存在微处理器61，其适当地驱动功率级64(反相器)以通常通过脉宽调制(PWM)将直流电压转换成三相交流电压。功率级内的元件的选择可由本领域技术人员来确定。例如，功率级可包括IGBT(未显示)及栅极驱动器(未显示)。示例性反相器64的输出是三相电压，其标记为U相、V相和W相。本领域技术人员可能熟悉U相、V相和W相的命名法，而其他人可能熟悉典型/类似的A相、B相和C相的命名法(未显示)。图4中显示了U相、V相和W相。反相器64的输出电压是三相感应电动机12的输入电压57，三相感应电动机12是本文所述的本发明实施例的示例性电动机。

闭环技术闭环电动机控制电路配置使用包括电动机速度和直流总线电压(也称为总体(bulk)电压)55的可用反馈。控制电路14调节电动机12的电压57的输出频率和幅值，以实现并维持所希望的速度水平。本发明的示例性闭环电动机控制电路配置用于确定洗衣机10的负荷大小。图4中显示本发明的示例性闭环控制电路。

在图4中，本发明的示例性闭环电动机控制电路14通过调节反相器64输出至电动机12的电压57的频率和幅值(也称为电动机输入电压57的频率和幅值)来实施洗衣机10的负荷检测。控制电路输出信号至反相器；该信号致使反相器调节传输至电动机12的电压的频率和幅值。控制电路对于调节反相器输出是至关重要的。在本发明的示例性实施例中，该驱动系统是集成控制器14及电动机12(ICM)。然而，在本发明的其他示例性实施例中，可利用电动机和单独控制电路来替代ICM，这可由本领域的技术人员来决定。本领域的技术人员应理解的是，可使用其他参数(例如，电流或扭矩)来驱动该电动机。

物件或衣物(未显示)粘贴至滚筒上是本发明示例性实施例的计算和/或测量的前提条件。粘贴是重要的，因为负荷大致停止了在滚筒内和相对于滚筒的运动。这允许机械速度达到稳定状态并使负荷准备进行本发明示例性实施例中实施的计算和/或测量。

电动机输入电压V_{输入-电动机}的幅值的降低导致扭矩降低，并且因此导致达到目标速度S_电动机所用的时间Δt增加。电动机输入电压V_{输入-电动机}的幅值进一步降低会导致达到目标速度S_电动机的更大的时间增量Δt。因此，由于时间差更大的缘故，所以降低电动机输入电压V_{输入-电动机}的幅值允许更加准确地确定负荷大小。电动机输入电压V_{输入-电动机}的幅值的降低改善了负荷大小确定的准确度，该改善程度为使得幅值降低到电动机可继续驱动负荷至所希望速度的大小的程度。这是电动机输入电压V_{输入-电动机}的下限或最小预定值。为了获得t₂(电动机达到第二电动机速度的时间)，需要至少具有驱动负荷至所希望速度的最小预定值的电动机输入电压V_{输入-电动机}所提供的充分扭矩。在电动机输入电压V_{输入-电动机}小于该预定值时，电动机将由于缺少充分的扭矩而无法加速，且因此用于求解负荷大小的方程将缺少变量t₂(电动机达到第二电动机速度的时间)。因此，此种情况下求解负荷大小是不可能的，因为在缺少充分扭矩的情况下无法达到第二电动机速度。应注意的是，对于电动机输入电压V_{输入-电动机}还存在另一限制，即防止传输至控制器的电流过大的上限或最大预定值。

图8显示负荷大小与时间的图表以及绘制在该图表上的线L，线L与本发明实施例的示例性洗衣机的直线方程/负荷大小方程大致拟合。可使用直线方程y＝m*x+b来计算负荷大小，直线方程y＝m*x+b对应于图8的图表的直线L，其中时间绘制在x轴上而负荷大小绘制在y轴上。该直线方程将各种示例性洗衣机10值表示为如下：y是负荷大小，m是直线的斜率，b是直线的y轴截距。在使用本文中实施的负荷大小计算的直线方程时，应注意的是，两个示例性的y值与该计算相关。第一个y值是y_已知，并且用来确定与特定洗衣机10相关的常数m和b。第二个是y_计算，其用于使用先前求解的常数m和b以及在本发明示例性方法实施期间所确定的时间来确定本发明方法中的负荷大小。下文将进一步解释这两个y值，y_已知和y_计算。

在负荷大小计算的直线方程中，y_计算、斜率m和y轴截距b是可由本领域的技术人员例如通过使用经验数据和洗衣机10的已知负荷大小(已知数)或y_已知来确定的常数。如果我们假定m和b是常数且我们知道达到所希望速度的负荷大小和时间，则我们就可得出如下限定图8的图表中的直线L的方程：

y_已知＝m^*x+b   (4)

为了求解负荷大小y_计算，需确定时间x(也表示为Δt)以及解析度因子(resolution factor) $\frac{y}{x}=\frac{\mathrm{\Δy}}{\mathrm{\Δt}};$ 解析度因子是从该直线方程获得，如图8的图表所示，其还表示直线L的斜率以及经验数据，且还可表示为

或

解析度因子可使用来自表格A的经验数据表达为如下：

其中，Δt＝t₂-t₁，且t₁和t₂分别对应于图5a、图5b的示例性方法的S_电动机1和S_电动机2。

示例性洗衣机10的表格A的经验数据提供了在本文的示例性计算中使用的重量和时间测量值。

 

负荷重量(磅)	平均时间(毫秒)
		0	621
19.136	1392

表格A

使用直线方程L并求解m(直线的斜率，并且也是解析度因子

)提供了洗衣机10的具体计算负荷大小y_计算方程的数值。应注意的是，该方程是针对洗衣机10的电动机构造。例如，示例性洗衣机10的经验数据提供了表格A的重量和时间测量值。其他洗衣机的其他计算负荷大小y_计算的方程可由本领域的技术人员来制定。

使用经验数据来求解斜率m，其中：

接下来，使用Δx、y和m来求解b(其在数学上也称为y轴截距)，其中：

b＝y_已知-(m*Δx)＝19.136磅-(0.02484磅/毫秒*1392毫秒)＝-15.44磅(7)

通过使用方程(5)的计算解析度因子以及已知的时间Δt＝t₂-t₁，可将负荷大小确定为如下：

负荷大小(计算)＝y_计算＝Δt*(解析度因子)+b  (8)

用于以上求解的示例性洗衣机10的计算负荷大小方程的方程为：

负荷大小(计算)＝0.02484磅/毫秒*Δt(毫秒)-15.44磅    (9)

利用针对洗衣机10所确定的负荷大小方程和时间值Δt(在本发明示例性方法的执行中获得并通常以毫秒(ms)为单位测量)，就可使用本发明的示例性方法和使用该方法所确定的经验数据来计算负荷大小(计算)或y_计算。

这些负荷常数包括洗衣机10的解析度因子和y轴截距；这些负荷常数是ICM中的预定值或由洗衣机10的控制电路系统提供。这些负荷常数(解析度因子和y轴截距)是从同一数据集计算而来，且该两者随着数据集的变化而变化。应注意的是，如果解析度因子降低，则负荷检测的可测量解析度增大。这些负荷常数在洗衣机10的循环期间使用，以确定对于本发明的可变测量洗衣机(其包括可变的负荷大小)至关重要的负荷大小，以便可将负荷测量值调整到洗衣机的设置，例如，洗衣机型号、织品类型、用户选择的负荷大小等，从而确定水的量、搅拌、洗涤剂或用于正确洗涤的其他设置或输入。这些洗衣机设置可由本领域的技术人员来确定。

应注意的是，稳定的电动机速度对于本发明方法至关重要。可将电动机速度S_电动机作为电动机的电压的电气频率或频率f_输入以及洗衣机10的电动机的电动机极数的函数来计算。如下方程用于建立频率与电动机速度之间关系的模型，因此由电动机驱动的洗衣机洗涤桶25的速度为：

为了从第一电动机速度S_电动机1移至第二电动机速度S_电动机2，可调节传输至电动机的电压的频率f_输入。可将输入电压信号的幅值调节至其能提供所希望的电动机扭矩的程度。

在如下实例中，Y用于表示电压的幅值；Y例如对应于图6的Y轴。此外，电动机输入电压的电气频率或频率由f表示。本发明的示例性控制方案大致瞬时地调节洗衣机感应电动机12的输入(电气频率)58的电气频率f(和可选的幅值Y)，以便获得机械频率(测量速度w)等于电气频率f的幅值时的时间增量，而同时注意不要让该增量导致高的电流。可能需要幅值Y的电压调节来防止高的电流，或希望幅值Y的电压调节来增大解析度。太大地调节电动机输入电压58的幅值或频率可导致高电流，高电流会因过热而造成栅极驱动器或IGBT或电动机的损坏。本发明示例性方法确定测量的时间测量值，以便从预定的负荷大小方程和测量的时间增量获得负荷大小。在负荷粘贴的初期期间，控制电路14处理反馈信号。控制电路不是在测量时间的时期期间处理反馈信号。控制电路14以开环模式的操作可由本领域的技术人员实施，例如，通过物理切换地打开反馈回路或禁用集成电动机控制(ICM)的控制电路14的比例积分(PI)控制63。其他打开或关闭反馈控制回路的适合方式可由本领域的技术人员来确定。

感应电动机12的速度使用集成控制器14的速度传感器65来确定。电动机12经由速度传感器65连接至集成控制电路14。反馈52由集成控制器14从速度传感器65(其例如可为霍尔传感器(未显示))获得。传输至处理器61的集成控制器14的电动机速度的反馈52经过处理并经由三相微处理器输出53输出，并提供至反相器64(在反相器64处该反馈被施加电压)，以便针对输出并因此针对电动机输入电压适合地调节电压，由此在粘贴的闭环操作期间调节电动机速度和扭矩。粘贴是以较低的加速率来实施，以便将负荷扩展在洗涤桶壁24的周围。

现在返回参照图5a、图5b的流程图，其显示了本发明的示例性方法，该方法开始于操作步骤500处。接下来，在操作步骤501处，初始化增量计数器C。接下来，在操作步骤502处，使用闭环控制电路14来驱动电动机12，直至初始电动机速度S_电动机0足以使负荷粘贴。应注意的是，假定负荷在速度S_粘贴下发生粘贴；因此，如果达到S_粘贴，则假定衣物就会粘贴。使用闭环，以便电动机12缓慢地加速，且缓慢的离心力使洗涤桶25内的物件或衣物(未显示)以大体均匀的方式扩展开。这持续到衣物粘贴至洗涤桶25的壁24。在操作步骤504处，作出是否已达到所假定的粘贴速度S_粘贴的询问。如果504处的询问答案是否定的，则重复该询问直到实现所假定的粘贴速度S_粘贴并且504处的询问答案是肯定的。在时间递增并且速度渐进地接近所假定的粘贴速度S_粘贴的期间，如图7a的图表沿着X轴在t₀与t₁之间所示，电动机速度基本上增大并稳定。图7a是速度与时间的图表，其显示洗衣机电动机的输入电压的频率和幅值，其中正频率跃变发生在t₁处。图7b是速度与时间的图表，其显示洗衣机电动机的输入电压的频率和幅值，其中负频率跃变发生在t₁处。接下来，在操作步骤506处，以开环配置来操作反馈控制电路。

在操作步骤508处，控制电路进行操作以向电动机提供第一预定输入电压，电动机的第一预定输入电压具有第一预定电气频率X1和第一预定幅值Y1。应注意的是，在表示预定的幅值和频率时，算符X和Y用来分别标示频率(和幅值)。在这种表示方法中，X和Y对应于示例性输入电压信号图表(例如，图6中的电压图表(电压与时间))的X轴和Y轴。选择第一预定频率X1和幅值Y1，以便负荷直线(负荷大小与时间)的图表产生带有大致渐进斜度的清晰直线。接下来，在操作步骤510处，作出是否存在稳定电动机速度的询问。如果510处的询问答案是否定的，则重复询问，直到电动机速度稳定并且510处的询问答案是肯定的。在操作步骤512处，应注意的是，在操作步骤510处的电动机稳定之后，反馈控制电路保持处于以开环配置进行操作。

在操作步骤512之后，在操作步骤514处，控制电路进行操作以提供电动机的第二预定输入电压，电动机的第二预定输入电压具有第二预定电气频率X2和第二预定幅值Y2。应再次注意，在表示预定幅值和频率时，算符X和Y用来分别标示频率(和幅值)。在这种表示方法中，X和Y对应于示例性输入电压信号图表(例如，图6中的电压图表(电压与时间))的X轴和Y轴。选择第二预定频率X2和幅值Y2，以便负荷直线(负荷大小与时间)的图表产生带有大致渐进斜度的清晰直线。大致在施加第二预定输入电压时，启动定时器51(图4中所示)，如操作步骤516所示。接下来，在操作步骤518处，作出是否存在稳定电动机速度的询问。如果518处的询问答案是否定的，则重复询问，直到电动机速度稳定并且518处的询问答案是肯定的。接下来，在操作步骤520处，停止定时器51并确定时间Δt＝t₂-t₁；确定时间Δt，其中使用定时器51获得的时间值t₂和t₁分别对应于定时器51的启动时间t₁和定时器51的停止时间t₂。随后是操作步骤522，使用如下的方程(11)计算逝去时间读数的总和以及平均逝去时间读数：

其中C是在操作步骤501处初始化至1且在操作步骤534处递增的增量计数器。

接下来，在操作步骤524处，作出是否应该重复操作步骤502至操作步骤522的询问。如果操作步骤524处的询问答案是否定的，则继操作步骤524之后是操作步骤526，且基于操作步骤522处的平均时间确定来计算负荷大小。操作步骤522处的负荷计算使用该具体的示例性洗衣机的负荷大小方程，例如，方程(9)，其中负荷大小(计算)＝0.02484磅/毫秒*Δt(毫秒)-15.44磅。该负荷大小方程是预定的并且是控制电路14的一部分。使用来自定时器51的逝去时间所确定的Δt值与负荷大小方程一同用于求解负荷大小。在操作步骤526之后，该方法结束于操作步骤530处。

本领域的技术人员应理解，电气系统(例如，横轴式洗衣机的集成电动机控制系统)可对环境的变化敏感。这些环境变化将电噪声和/或电低效引入控制电路。在本发明的示例性可选实施例中，实施对噪声因子和低效的补偿以提供计算负荷大小的额外准确性。例如，直流总线电压、温度和负荷不均衡可将电噪声和/或电低效引入到洗衣机10的控制电路14中。在图5a，图5b的操作步骤528处由虚线显示的本发明示例性方法的可选实施例中，对电噪声和/或其他电低效实施补偿。在操作步骤528之后，随后就是操作步骤526，使用负荷大小方程(例如以上的方程(8))来计算负荷大小。

在洗衣机10的循环期间可大量变化的直流总线55电压可引入低效。直流总线55电压的变化可影响提供至电动机12线圈(未显示)的峰值能量，并将误差引入到负荷大小的计算中。直流总线55电压是例如使用联接至直流总线55的可能的变换器来获得，并输入至微处理器61的模拟-数字(A/D)转换器66。

另一示例性变量或噪声(电动机12的温度)可将误差引入到负荷大小计算中。例如，由铝线圈制成的电动机具有随着电动机线圈温度升高而增大的阻抗。运行温度大于室温的带铝线圈的电动机的运行效率可大大地低于运行温度为室温的带铝线圈的电动机。反相器64包括指示反相器64附近的热的温度传感器，且因此可用来近似地表示电动机12的线圈温度。温度传感器(未显示)向微处理器61提供表示电动机线圈温度的温度。本领域的技术人员可确定在补偿关于温度的噪声和/或低效时使用哪一个变量。在本实例中，可使用电动机线圈温度和/或反相器64附近的热。这些实例并非意欲限制该补偿；其他变量可由本领域的技术人员来确定。

另一示例性变量或噪声是不均衡(OOB)的负荷，其中来自OOB或不均衡的能量转变成对洗衣机10的震动或洗衣机10的振动，这可导致负荷大小计算的不准确。可实施各种计算来确定洗衣机篮或洗涤桶25内负荷的不均衡。这些计算提供了确保负荷大小计算不会受到此种不均衡状态的不当影响的基础。

总之，为了补偿噪声参数，标准化计算使用平均的逝去时间读数(即，使滚筒旋转或使洗涤桶25移动以改变状态所用的时间)并运用以上示例性实施例中解释的示例性补偿计算来降低噪声变量对负荷大小计算的影响。结果是可在负荷大小计算(例如，使用以上方程(8)的负荷大小计算)中使用的经补偿的逝去时间测量。应注意，尽管出于举例说明的目的使用了数个示例性噪声因子，例如电噪声和/或电低效，但可使用其他因子，这可由本领域的技术人员使用设计的试验和回归技术来确定。

返回至图5a，图5b的流程图和操作步骤524的询问，如果操作步骤524处的询问答案是肯定的，则该方法继续，在操作步骤532处，控制电路以闭环配置操作，且在操作步骤534处增量计数器C以1递增。然后，如上所述，重复操作步骤502至522。

在本发明示例性实施例中，调节电动机12的输入电压(频率和幅值)，以便类似地调节电动机12的速度S_电动机和扭矩T。本发明实施例实施为如下：在预定时间(即t₁、t₂)或以预定的时间间隔(即，t₂-t₁)来测量感应电动机12的速度S_电动机。在负荷粘贴后的不同间隔处，测量时间t并使用电动机控制电路14以及该控制电路提供的特定负荷大小方程来计算负荷大小。通过多次地(即，图5a，图5b中流程图的多次重复)操作该方法并对计算的负荷大小进行平均来改善负荷大小计算的准确性。另外，随着时间差Δt越大，则对应于Δt的解析度增大。

在关于以上方程(5)中解析度因子的如下两个计算中，可见到示例性解析度：

对于20磅的负荷，其中t₂＝750ms以及t₁＝500ms且最小的可测增量是1ms，第一解析度因子是：

解析度因子(1)＝20/(750-500)＝0.08磅/毫秒   (14)

然而，在获得更大时间差的情况下，解析度可增大。对于20磅的负荷，其中t₂＝1550ms以及t₁＝750ms，第二解析度因子是：

解析度因子(2)＝20/(1500-750)＝0.027磅/毫秒  (15)

解析度因子(2)允许负荷的表示比解析度因子(1)大三倍。应注意，改善的解析度不会改善准确性。随着解析度的改善，由于计算的原因会有更多的小数位，但是准确性并未得到改善。改善的解析度增加了可用相同输入表示的负荷数值的个数。例如，0.08磅/毫秒允许我们表示0和0.08磅。然而，0.027磅/毫秒允许我们表示0、0.027、0.054和0.081磅。该实例中的个数是用于解释的目的，而并非意欲将负荷数值或负荷输入限定于任何特定的个数或任何特定的个数范围。数值可由本领域的技术人员来确定。

从以上计算，可看出，本发明实施例通过量化达到稳定速度的时间并多次地计算负荷大小来改善准确性，从而避免了专用重量传感器的使用。请注意，准确性改善了测量的正确性，而并非改善了用于表示测量的解析度。图5a，图5b的流程图中显示了负荷大小的多次计算，其中如果操作步骤524的询问答案是肯定的，则再次实施此操作步骤502至522。根据图5a，图5b中方法的多次操作所确定的计算负荷大小可相加在一起并经过平均，以便获得更加准确的计算负荷大小。从本发明示例性实施例的经验数据可得出以下结论，图5a，图5b中方法的三次操作(针对操作步骤502至522)导致了适合的准确度。这三次操作可例如通过使用操作步骤501的增量计数器C以及图5a，图5b流程图中的反复询问524来实施。可选地，其他实施例可由本领域的技术人员来确定。本发明的其他实施例可要求额外的准确度(这些方法步骤的三次以上的操作)以及图5a，图5b中方法的额外操作。本发明其他实施例的准确度可由本领域的技术人员来确定。因此，本文所述的三次操作并非意欲限定本发明且其他的操作次数也是合适的，这由本领域的技术人员来确定。

图5c显示本发明的另一示例性方法。图5c的方法开始于550处，并且包括551，获得假定负荷发生粘贴的速度；552，一旦电动机已达到该预定速度(假定负荷发生粘贴的速度)，则允许速度稳定；553，调节该电压以便发生电动机输入电压的瞬间频率跃变(请注意，该瞬时频率跃变在开环模式下发生，因为闭环模式的性质会防止瞬时频率跃变)。操作步骤554，测量从瞬时频率跃变直到达到目标速度的逝去时间。接下来在555处，使用测量的逝去时间来计算负荷大小。在556处，作出是否重复该方法的询问。如果询问答案是否定的，则该方法在557处终止。如果556处的询问答案是肯定的，则在551处开始重复该方法。

图9显示负荷大小与时间的图表，其包括代表本发明示例性实施例的负荷随时间变化的理论负荷大小曲线图。应注意的是，图9显示的是，通过确定负荷大小由于旋转期间的液体(即水)的损失而产生的变化，可动态地调节旋转循环速度和/或时间，直到从衣物中抽出所需的水的量。应注意的是，液体的抽出在本文中通常描述为水的抽出；然而，水仅用作示例，并不意图限制本发明。

本发明通过利用包括反相器64和电动机12编程的上述图5a，图5b，图5c的方法中所述的负荷检测方法，提供估计在旋转循环期间从诸如洗衣机负荷的负荷中抽出的水的量的方式。负荷检测过程可利用通常的电动机反馈数据以各种方式执行，该反馈数据例如速度、扭矩、电流和功率因子等。还可使用传感器来检测负荷大小。可选地，可利用测量重量的机械测量装置来测量负荷大小，该机械测量装置即固定至洗衣机的至少一个应变计，这可由本领域技术人员确定。在可选实施例中，洗衣机可布置有合适的测量装置13(图3所示)，诸如洗衣机中的改进为减震器(未显示)的标尺(scale)，本领域技术人员可确定用于洗衣机中的测量的机械装置的类型。

本发明的检测负荷大小的主要方法使用图4所示的速度反馈、图5a，5b的功能方框图和图5c的流程图。图9显示在本发明的示例性实施例中，确定负荷被确定的点并且可确定负荷中的水的量的点。为了检测抽出的水的量，首先在图9的t₁处，在洗涤循环的开始处计算干负荷大小S₁＝干负荷大小。然后，在图9的t₂处(其例如在旋转循环之前)，在洗涤循环之后(其例如可包括搅拌阶段)计算湿负荷大小S₂＝湿负荷大小。

最后，在图9所示的旋转循环期间，当前负荷大小S₃，S₄，S₅被间断地计算(在t₃，t₄，t₅)，并且与干负荷大小S₁和湿负荷大小S₂(分别先前在t₁，t₂计算)相比较，以确定已经抽出的水量。一旦抽出所期望的水量或预定水量，则确定旋转循环已完成并且可停止洗衣机。

旋转循环通常运行预定的时间量，该预定的时间量基于诸如用户选择的负荷大小(即小、中、大)的通常信息。本发明的示例性实施例通过确定至少一个时间点S₃，S₄，S₅处已经抽出的水量动态地调节洗衣机的旋转。通过确定负荷大小由于旋转(即S₂-(S₃或S₄或S₅))期间的水的损失而产生的变化，可动态地调节旋转循环速度和/或时间，直到从衣物中抽出所需的水的量

图10是显示本发明的示例性实施例的流程图。在100处，该方法开始。在102处，测量干负荷大小S₁。在洗涤开始的开始阶段并且在添加水或液体之前确定干负荷大小S₁。接下来，准备符号104表示洗涤循环。在106处，执行旋转。应该注意的是，虚线105表示执行动态旋转循环。旋转循环的长度可通过检测负荷中剩余的液体量何时下降为低于总负荷的50％或低于阈值的预定百分数而减少。可根据负荷类型调节阈值，该负荷类型诸如重负荷或轻负荷，各种织物类型负荷，即毛圈衣物负荷、棉制织物负荷或混合织物负荷。在108处，测量湿负荷S_n大小。在110处，确定剩余水的百分数((S_n-S₁)/S_n)。这将负荷大小中剩余水的部分确定为湿负荷大小的百分数。为了得到该百分数，水的负荷大小除以总湿负荷大小。利用诸如以下的等式计算液体负荷大小和剩余液体的百分数：

液体负荷大小＝湿负荷大小-干负荷大小            (16)

剩余液体的百分数＝液体负荷大小/湿负荷大小      (17)

返回图10，接下来，在112处，询问剩余水百分数是否小于预定百分数阈值。如果询问的回答是否定的，则方法返回前述的108至112。如果询问的回答是肯定的，则该方法进行至114并且停止旋转。接下来，在116处该方法结束。

本发明的优点包括本发明的示例性实施例中的优点，其包括：1)可基于抽出的水量动态地调节旋转循环速度和持续时间；2)可以使用专用传感器或可以不使用专用传感器，因此提供了灵活性；3)重新使用在本文的图5a，图5b和图5c中描述的方法中确定的数据；4)水的抽出由于抽出期间的测量而增加了效率；6)缩短了洗衣机循环时间；7)如果缩短了水的抽出时间，则可减小功率消耗；8)当缩短水的抽出时间时，可减小负荷磨损(即由于更少的旋转次数和/或更低的旋转速度而使衣物磨损更少；和9)由于水抽出特征的优点而增加了可售性。

本发明的示例性实施例利用固件和硬件实现方法以确定负荷大小的改变。在本文中，在示例性洗衣机中执行本发明，本领域技术人员应认识到的是，本发明可用于带有旋转负荷的其它装置。虽然此处使用电动机转速来确定负荷大小，但是本领域技术人员可利用本发明经由洗衣机马达12或驱动器的各种电学性质中的任何电学性质来通过测量负荷而确定水的抽出。本发明的示例性实施例在洗衣机的反相器64和电动机12中实现为至少一个软件成分。

除了以述的成果之外，本发明的这个示例性实施例通过控制电路或集成电动机控制器的输出电压的调节来实现负荷的检测，从而使得洗涤桶速度达到不同的速度且测量速度增量之间的时间。

除了以述的成果之外，本发明的这个示例性实施例通过在施加大致瞬时的频率跃变之后使用时间测量和速度反馈来实现负荷的检测。本文所述的大致瞬时的频率跃变是频率的变化，其中从第一输入电压到第二输入电压的频率变化是大致瞬时的负频率变化或正频率变化。请注意，尽管更为主要地关于闭环模式来论述速度反馈的使用，但即使在开环模式中也使用速度反馈。在开环模式中速度反馈用来确定速度何时稳定；在本文所述的本发明实施例中，速度反馈并非用于速度控制。然而，PI控制器被禁用，所以微处理器61不会自动地调节电动机12的电压输入58。在开环模式中，电压幅值和频率是手动控制。在闭环模式中，电压幅值和频率是使用PI控制器自动地控制，其中速度误差作为输入。当控制电路在开环模式下操作时，测量可由本发明示例性方法以大致瞬时的频率跃变来实施。

本发明实施例的优点包括降低了成本，因为不需要各种现有技术的构件。另外，本发明示例性方法还可实施于干负荷或湿负荷。本发明示例性实施例中不使用专用传感器；测量和/或计算时间和速度，因此降低了单位材料成本。本发明示例性方法通过在开环模式与闭环模式之间的转换实现了负荷的检测。该方法还实现了“运转中”或洗衣机操作期间的常数调节，从而将负荷测量调整到洗衣机的设置(例如，织物类、使用者选择的负荷大小等)。通过降低扭矩来提高解析度，且通过多次重复该方法中的多个部分来提高准确度。特定洗衣机的校准功能可为存储在洗衣机控制电路中的方法的一部分。因此，在某些实施例中，校准是“内置”到洗衣机中。本发明可既在横轴式洗衣机又可在立轴式洗衣机中实施，这可由本领域的技术人员来确定。

本发明前述实施例使用了采用交流感应电动机的示例性电动机平台。在本发明的可选实施例中，可使用并非为交流感应电动机的不同电动机平台。本领域的技术人员可为本发明确定适合的电动机平台。应注意，控制电路14可为市面有售的集成电动机和控制器的电路以外的电路。

通过消除了诸如压力开关或压力换能器(例如，当洗涤桶静止时联结至洗涤桶的压力开关)的构件以及用于确定负荷大小的相关电路系统和/或通过使用在变动的频率和幅值电气输入范围内提供洗衣机连续操作的自适应电路，本文论述的示例性发明实现了负荷的检测。

还应注意，术语“第一”、“第二”、“第三”、“上部”、“下部”等等可在本文中用来修饰不同的元件。这些修饰语并非暗示所修饰元件的空间次序、序列次序或分层次序，除非另外地表明。

以上书面说明使用实例来公开本发明(其中包括最佳实施方式)，以及还使得本领域的技术人员能够制作和使用本发明。本发明的专利范围由权利要求书限定，且可包括本领域的技术人员所想到的其他实例。如果这些其他实例具有与权利要求字面语言无异的结构元件，或如果这些其他实例包括与权利要求书字面语言无实质差别的等效结构元件，则意图将这些其他实例包含在权利要求书范围内，

Claims (7)

1.一种确定负荷在被可旋转地支承的洗涤篮(25)中的部分的测量值的方法，其中，所述被可旋转地支承的洗涤篮(25)限定至少一个孔，所述方法包括：

a)在第一时间确定干负荷测量值；

b)在所述第一时间之后的某个时间旋转所述被可旋转地支承的洗涤篮(25)，以便从所述负荷逐渐地去除液体，其中，大致通过所述被可旋转地支承的洗涤篮(25)上的离心力去除所述液体，并且液体通过所述被可旋转地支承的洗涤篮(25)的至少一个孔离开所述被可旋转地支承的洗涤篮(25)；

c)在第二时间确定湿负荷测量值，其中，所述干负荷测量值小于所述湿负荷测量值；

d)比较所述干负荷测量值和所述湿负荷测量值，以确定剩余液体测量值；以及

e)重复c)和d)，直到所述剩余液体测量值大致在所述湿负荷测量值的大约0％至50％的预定百分数阈值之内。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在e)中，用户可基于负荷类型动态地设定所述预定百分数阈值。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一时间和所述第二时间获得所述湿负荷测量值和所述干负荷测量值各包括：

a)将所述被可旋转地支承的洗涤篮(25)加速至稳定转速；

b)测量所述被可旋转地支承的洗涤篮(25)达到所述稳定转速的时间；

c)提供将测量得到的所述被可旋转地支承的洗涤篮(25)达到所述稳定转速的时间作为输入的负荷大小等式；以及

d)利用所述负荷大小等式确定负荷大小。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用操作地连接至所述被可旋转地支承的洗涤篮(25)的机械测量装置(13)获得所述湿负荷测量值和所述干负荷测量值。

5.一种洗衣机，其包括：

洗涤桶(22)，所述洗涤桶(22)在其中具有负荷，所述洗涤桶(22)构造成在其中接收液体并且从其中去除液体；和

控制电路(14)，其配置为执行负荷测量公式，所述负荷测量公式用于确定所述洗涤桶(22)中的具有液体的和不具有液体的负荷的测量值；

其中，分别在第一时间和第二时间获得的不具有液体的干负荷测量值和具有液体的湿负荷测量用于确定剩余液体测量值，并且当从所述洗涤桶(22)中去除液体时重复获得所述湿负荷测量值，并且基于所述重复的湿负荷测量值获得另外的剩余液体测量值，直到所述剩余液体测量值大致在所述湿负荷测量值的0％至50％之间的预定范围之内。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述洗涤桶(22)是可旋转的，并且所述控制电路(14)进一步配置为控制所述洗涤桶(22)的旋转，直到所述剩余液体测量值在所述预定范围之内。

7.一种计算机程序产品，其包括可由电路断流器读取的程序存储装置，从而有形地实施可由所述电路断流器执行的指令程序，以实施确定负荷在被可旋转地支承的洗涤篮(25)中的部分的测量值的方法，其中，所述被可旋转地支承的洗涤篮(25)限定至少一个孔，所述方法包括：

a)在第一时间确定干负荷测量值；

b)在所述第一时间之后的某个时间旋转所述被可旋转地支承的洗涤篮(25)，以便从所述负荷逐渐地去除液体，其中，大致通过所述被可旋转地支承的洗涤篮(25)上的离心力去除液体，并且液体通过所述被可旋转地支承的洗涤篮(25)的至少一个孔离开所述被可旋转地支承的洗涤篮(25)；

c)在第二时间确定湿负荷测量值，其中，所述干负荷测量值小于所述湿负荷测量值；

d)比较所述干负荷测量值和所述湿负荷测量值，以确定剩余液体测量值；以及

e)重复c)和d)，直到所述剩余液体测量值大致在所述湿负荷测量值的大约0％至50％的预定百分数阈值之内。

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