CN101514521B - 滚筒式洗衣机 - Google Patents
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Abstract
本发明的滚筒式洗衣机具有机体、盛水筒、滚筒、电动机、振动检测单元和频率成分计算装置、控制单元。滚筒被设置在盛水筒内,用于收纳洗涤物,其内壁面上具有搅拌突起。振动检测单元检测盛水筒的振动加速度。频率成分计算装置计算振动检测单元检测出的振动加速度中的频率成分。控制单元实施正反连续旋转驱动模式的控制,同时在洗净或者漂洗的动作中根据频率成分计算装置所计算的结果来判断滚筒内的洗涤物状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种滚筒式洗衣机,更详细地说,涉及一种通过驱动带底圆筒状滚筒旋转来对装在该滚筒内的洗涤物进行洗涤的滚筒式洗衣机。
背景技术
在现有的滚筒式洗衣机中,一般设有进行能产生最佳洗涤作用的控制的控制单元。这样的控制单元根据安装在洗衣机的盛水筒上的加速度传感器的输出变化量、电动机的扭矩电流成分及变化量来推断衣物的运动状态,并使得驱动滚筒旋转的电动机的转速产生变化。
图6中示出了一种现有滚筒式洗衣机的结构,其机体31内设置有由悬置结构34以摇动自如的方式进行支承的盛水筒32,盛水筒32内设置有可以自如旋转的滚筒33,滚筒33在电动机35驱动下旋转。
机体31的前上方设置有机门36。用户打开机门36、使盛水筒32的正面开口部37以及滚筒33的正面开口部(图中未示出)开放后,就可以将洗涤物38投入滚筒33内,或从滚筒33中取出洗涤物38。
滚筒33的内周壁上形成有多个搅拌突起39。这些搅拌突起39在滚筒33旋转时先将洗涤物38勾住、提起,再使洗涤物通过其自重落下。换言之,洗涤物38受到敲打式洗衣的搅拌操作,从而被进行洗涤或漂洗。
盛水筒32上安装有半导体加速度传感器40,该半导体加速度传感器40对盛水筒32的摇动状态测定。控制单元41根据半导体加速度传感器40的输出变化量和电动机35的转矩电流成分的变化量来检测出盛水筒32的运动情况,进而推定出洗涤物38的运动轨迹,对电动机35进行的洗衣操作进行控制。
但是,在上述的现有洗衣机结构中存在下列问题:在洗涤物38中化纤类衣物的比率比较多、水位设定成水量较多、或洗涤剂起泡量较多的场合下,洗涤物38会漂浮在水面上。在这样的情况下,搅拌突起39无法勾住洗涤物38,从而不能对洗涤物38产生敲打洗涤的效果。
而且,在发生上述情况的时候,单纯地从加速度输出值的变化量并不能掌握洗涤物38是处于浮在水面的状态、还是洗涤物38本身的量较小。另外,从表示电动机35的转矩成分的电流值也无法看出洗涤物38的浮起状态与转矩之间的相关性。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的问题,本发明的目的在于提供一种能够判断洗涤物是否浮在水面、能实现最佳洗涤效果的滚筒式洗衣机。
本发明的滚筒式洗衣机具有机体、盛水筒、滚筒、电动机、振动检测单元和频率成分计算装置、控制单元。盛水筒被弹性机构支承在机体内。滚筒被设置在盛水筒内,用于收纳洗涤物,同时在内表面上具有搅拌突起。电动机驱动滚筒旋转。振动检测单元检测盛水筒的振动加速度。频率成分计算装置计算振动检测单元检测出的振动加速度的频率成分。控制单元在实施正反连续旋转驱动模式的控制。在正反连续旋转驱动模式中,所述滚筒被控制以能让被所述滚筒旋转带起的所述洗涤物以从自重作用超过离心力作用的高度落下的转速、正反交替地反复地进行连续旋转。在洗净或者漂洗动作中,控制单元根据频率成分计算装置得到的结果进一步判断滚筒内洗涤物的状态。
本发明产生的技术效果如下。本发明能够从盛水筒的振动信号中提取特定的频率振动成分,判定出洗涤物的运动状态,故能够准确地判断出滚筒内的洗涤物状态。因此,对滚筒内的洗涤物的状态判断非常正确,不会受到洗涤物量、布料、洗涤剂、水量等的影响,从而可以提高洗净能力以及漂洗能力。
附图说明
图1为本发明实施例1中的滚筒式洗衣机的结构图,
图2A为表示图1中所示的滚筒式洗衣机在正反连续旋转驱动模式时的动作原理的漂浮状态示意图,
图2B为图2A所示的漂浮状态下检测出的振动频率特性图,
图3A为表示图1中的滚筒式洗衣机在正反连续旋转驱动模式时的动作原理的敲打洗状态示意图,
图3B为图3A所示的敲打洗状态下检测出的振动频率特性图,
图4A为表示图1中所示的滚筒式洗衣机在正反急速旋转驱动模式时的动作原理的漂浮状态示意图,
图4B为表示图1中所示的滚筒式洗衣机在正反急速旋转驱动模式时的动作原理的90°敲打洗状态示意图,
图4C为表示图1中所示的滚筒式洗衣机在正反急速旋转驱动模式时的动作原理的150°敲打洗状态示意图,
图5为图1所示的滚筒式洗衣机中的滚筒动作与衣物落下位置之间的关系图,
图6为现有滚筒式洗衣机的结构图。
具体实施方式
下面参照附图来对本发明的一些实施例进行详细说明。其中,对于与现有技术相同的结构,只是标出了相同的符号,省略对其的详细说明。需要说明的是,本发明的技术范围不受这些实施例的限定。
(实施例1)
图1为本发明实施例1中的滚筒式洗衣机的结构图,图2A~图3B为洗衣机正反连续旋转驱动模式时的动作原理图。该洗衣机中设有:机体1、盛水筒2、滚筒3、电动机4、振动检测单元6、频率成分计算装置9、和控制单元7。
机体1中设有盛水筒2,盛水筒2中设有可以旋转的滚筒3。滚筒3起到洗涤桶的作用,其中装有衣物等洗涤物品13。滚筒3与电动机4相联结,在电动机4的驱动下发生旋转。另外,滚筒3的内壁面上设置有搅拌凸起12,当滚筒3在电动机4的驱动产生旋转时,搅拌突起12先将洗涤物13带起,然后再使洗涤物13通过其自身的重力落向下方。这样,上述洗衣机可以对洗涤物13进行敲打式的洗衣操作。
电动机4由无刷电动机等构成,其旋转速度是可变的。洗涤时,电动机4反复进行正转·反转运动。盛水筒2由弹簧8A及减震器8B等防震结构(弹性支承结构)以摇动自如的方式支承在机体1内。
盛水筒2的底部设置有排水口14。与排水口14连接的排水部件(排水阀)15打开时,就可以使盛水筒2内部的洗涤水以及漂洗水通过排水管16排到机外。
振动检测单元6至少由一个半导体加速度传感器构成,对盛水筒2在前后左右上下的至少一个方向上的振动加速度分量进行检测。也就是说,振动检测单元6对盛水筒2在垂直方向、第1水平方向和与第1水平方向不同的第2水平方向中的至少一个的振动加速度检测。振动检测单元6最好不是只由一个方向的加速度传感器构成,而是由能检测前后左右上下中的多个轴(2轴或者3轴)方向的加速度传感器构成。由于盛水筒2的振动不一定限定在一个方向上,因此使用3个轴的加速度传感器、并将3个轴的加速成分加起来、得到其合计值的话,可有效地提高盛水筒2的运动检测精度。
频率成分计算装置9对由振动检测单元6检测出来的振动加速度进行傅立叶变换,提取频率成分。换句话说,频率成分计算装置9对振动检测单元6检测出的振动加速度进行频率成分计算。频率成分计算装置9具体地说由微电脑构成,对从振动检测单元6检测出的信号进行离散傅立叶变换(DFT)或快速傅立叶变换(FFT),计算出各个频率成分的大小。
控制单元7对洗净、漂洗、脱水、干燥等一连串的洗衣操作进行控制。此外,控制单元7还对电动机4的旋转、以及正反连续旋转驱动模式进行控制。在上述模式中,滚筒3以由滚筒3旋转而带起的洗涤物13能进行从自重作用超过离心力等作用的高度落下的转速、反复地进行正反交替的连续旋转。另外,在洗净或者漂洗操作过程中,控制单元7根据频率成分计算装置9计算出的结果对滚筒3内的洗涤物13的状态进行判断。
控制单元7中设有转速控制单元10和旋转时间控制单元11。转速控制单元10一边检测滚筒3转速,一边对其滚筒3的转速进行控制。旋转时间控制单元11一边检测滚筒3的旋转时间,一边对滚筒3的旋转时间进行控制。
另外,虽然频率成分计算装置9以及控制单元7在图1中设置在机体1外部,但这些部件也可以设置在机体1内部、或者设置在机体1上。
控制单元7根据频率成分计算装置9计算出的振动加速度中的频率成分的比例大小,来对滚筒3内的洗涤物13的漂浮状态进行判断。
下面使用图2A~图3B并结合正反连续旋转驱动模式时的动作原理,对检测控制结构进行说明。在正反连续旋转驱动模式中,滚筒3内的洗涤物13在滚筒3的角速度以及搅拌突起物12的作用下,先被带起至自重作用超过离心力作用的角度位置,再依靠自重从该角度位置落下,摔在滚筒3的内底面上。在这种驱动方式中,滚筒3将在较长的时间内朝同一方向旋转。
图2A以及图3A为滚筒3中的洗涤物13的状态示意图。设在滚筒3上的搅拌突起12将含有洗涤水的洗涤物13带起,并进行搅拌。
图2A示出了洗涤物13因洗涤物中化纤类衣物多、水多、洗涤剂产生的泡多等原因浮在水面上的状态。在这样的情况下,洗涤物13不会被搅拌突起12带起,故无法进行充分的搅拌。换句话说,即使滚筒3旋转,也只是发生搅拌突起12拍打水面的状态。下面将这样的状态称之为“漂浮状态”。
图3A中示出的是洗涤物13由搅拌突起12带起、中途由于自重的作用与滚筒3的内壁面分离、在重力的作用下落下至滚筒3的下部、撞到滚筒上的运动状态。下面将这样的状态称之为“敲打洗状态”。图3A中示出的是最佳的洗涤状态,而在图2A所示的状态中,洗净效果有显著的损失。
对于在图2A、图3A所示的状态下由振动检测单元6检测出的、由滚筒3驱动所产生的盛水筒2的振动加速度进行频率分析的结果如图2B、图3B所示。图2B、图3B中的横轴为频率,纵轴为由傅立叶振幅频谱所表示的各个频率成分的大小(振动加速度)。
在图2B、图3B中,将与滚筒3的旋转速度相对应的频率的转速设为N[rpm]时,A点表示的是相当于N/60的位置。另外,搅拌突起12的个数设定为M个时,B点表示的是相当于M×N/60的位置。N/60相当于滚筒的旋转频率。图2B、图3B中表示的是N=45、M=3的状态。换句话说,滚筒旋转频率为0.75Hz,B点的频率为2.25Hz。
A点的振动加速度反映的是由洗涤物13的旋转而产生的振动,而B点的振动加速度反映的是由搅拌突起12敲打提供至滚筒3内的水而产生的加速度成分。
从上述附图可以看出,相对于图3B中的“敲打洗状态”而言,在图2B中的“漂浮状态”中的B点附近范围的振动加速度明显大于除其之外的频率振动加速度。
在图2A所示的“漂浮状态”中,洗涤物13漂浮在水中,不会被搅拌突起12带起,也不会因洗涤物13的自然落下而产生冲击振动。因此,滚筒3及盛水筒2内产生的加速度变动显著减少。其结果是,由于搅拌突起12对加到滚筒3内的水进行敲打,故B点附近的振动加速度很大,B点附近以外的频率振动加速度很少。
本实施例利用了上述特点,将安装在盛水筒2上的振动检测单元6的信号由频率成分计算装置9进行傅立叶变换处理,算出盛水筒2的振动加速度的频率成分;然后,再由控制单元7从频率成分计算装置9求得的频率成分值大小来判断滚筒3内的洗涤物13是否处于“漂浮状态”。
具体说来,控制单元7计算出B点附近的振动加速度与预定频带的振动加速度之间的差,如果计算结果比预定值大,则判定滚筒3内的洗涤物13处于漂浮状态。通过进行这样的判断,能够准确地辨别出加速度成分是搅拌突起12敲打加到滚筒3内的水而产生的加速度成分、还是因搅拌洗涤物13而产生的加速度成分,从而可以正确地判断滚筒3内的洗涤物13是否处于漂浮状态。
另外,此时的“预定频带”可以是比方说与滚筒3的转速相对应的频率A点。另外,在比方说滚筒3的容量为70L,盛水筒2内的水量为15L时,这里的“预定值”可设定在0.7mG至1.5mG的范围内。
在判断结果为漂浮状态时,控制单元7在正反连续旋转驱动模式时通过转速控制单元10使电动机4的转速增加,将洗涤物13与滚筒3内的洗涤水一起进行搅拌,从而对洗涤物13产生如图3A所示的“敲打洗”的效果。通过进行这样的控制,可以提高洗净能力。
图4A~图4C中示出了作为提高洗净能力的控制的、正反急速旋转驱动模式的操作原理。图5中示出了滚筒3的运动状态和洗涤物13的落下位置之间的关系。
在正反急速旋转驱动模式中,因滚筒3的紧急加速而产生的离心力使洗涤物13贴附在滚筒3的内壁面上,并被带起至滚筒3的上部范围内;之后,滚筒3又紧急制动,使洗涤物13依靠其惯性作用从滚筒3的内壁面分离。在惯性以及洗涤物13自重的作用下,洗涤物13略呈抛物线落下到滚筒3的下部范围中与被带起一侧相反的一侧。
图4A、图4B、图4C分别示出了当滚筒3被电动机4向一个方向驱动1秒、1.5秒、2秒而滚筒3的转速分别到达40rpm、60rpm、80rpm时的洗涤物的运动状态示意图。另外,图4A~图4C所示的状态是以图2A所示的洗涤物13较易浮上水面上的状态为前提的。
图4A示出了滚筒3处于40rpm的低转速、洗涤物13与图2A一样浮在水面上的状态。另一方面,在图4B、图4C所示的状态中,滚筒3的转速增大到60rpm、80rpm。这样,在高转速与紧急制动的作用下,洗涤物13先由搅拌突起12带起、途中与滚筒3内壁分离、再在自重作用下摔打在滚筒3的下部。换句话所,洗涤物13进行的是与图3A所示的“敲打洗状态”相同的运动。
图4B的状态称为“从90°开始的敲打洗状态”,图4C的状态称为“从150°开始的敲打洗状态”。与“从90°开始的敲打洗状态”相比,“从150°开始的敲打洗状态”在洗涤物13落下时所划出的抛物线较大,落下距离也较远,故敲打洗涤的效果也能得到加强。
亦即,即使通过正反急速旋转驱动模式对滚筒3进行驱动控制时,转速低的话,也会产生“漂浮状态”。但是,通过进入旋转速度和制动加速度较大的正反急速旋转驱动控制、或者增加正反急速旋转驱动的各个运转时间的话,就能够进入到“敲打洗状态”。在后者的情况下,控制单元7通过旋转时间控制单元11延长在正反急速旋转驱动模式下的电动机4的旋转时间。
图5中分别示出了图4A、图4B、图4C中的状态,其横轴表示旋转驱动时间(经过时间),纵轴表示的是滚筒3的转速以及旋转角度、以滚筒3的底面为基准的洗涤物13落下位置(角度)。这些数据会根据滚筒3内的洗涤物13的种类、水量、滚筒3的直径不同产生变化。
电动机4驱动1秒钟、滚筒3的转速达到40rpm时,洗涤物13处于漂浮状态的A点。此时,搅拌力较小,衣物的带起角度接近0度。这一状态相当于图4A所示的“漂浮状态”。
电动机4驱动1.5秒钟、滚筒3的转速达到60rpm时,洗涤物13先被带起至以滚筒3的底面为基准大约呈90°的B点,再从该位置落下。这一状态相当于图4B所示的“从90°开始的敲打洗状态”。此时,滚筒3转动了约300度。
电动机4驱动2秒钟、滚筒3的转速达到80rpm时,洗涤物13先被带起至以滚筒3的底面为基准大约呈约150°的C点,再从该位置落下。这一状态相当于图4C所示的“从150°开始的敲打洗状态”。此时,滚筒3转动了约600度(相当于1周加上240度)。
虽然在上面的说明中滚筒3是通过转动大约300度至600度来进入“敲打洗状态”的,但是这样的角度范围不是限定的。因滚筒3的大小等条件的不同,最佳角度范围也会发生变化。在正反急速旋转驱动模式下,滚筒3反复进行旋转角度超过90度但不到2转的急加速旋转以及急速制动。关于正反急速旋转驱动模式,可参考PCT国际公开公报第2008/099547。
如上所述,本实施例中由振动检测单元6检测由于洗涤物13落下而产生的振动加速度,在从其检测结果判断出洗涤物13处于漂浮状态时,控制单元7通过转速控制单元10增加电动机4的转速,或者通过旋转时间控制单元11将电动机4的连续驱动时间延长至预定的时间。通过进行这样的控制,可以使“漂浮状态”变化至“敲打洗状态”,提高洗净能力。
或者,在判断出洗涤物13处于漂浮状态时,控制单元7将滚筒3的旋转控制切换成正反急速旋转驱动模式的运转,变化成“敲打洗状态”,以提高洗净能力。
另外,在正反连续旋转驱动模式时,即使判定出洗涤物13处于漂浮状态、转换到了正反急速旋转驱动模式,但是如果转速偏低的话,洗涤物13同样也可能处于漂浮状态。为解决这一问题,控制单元7在正反急速旋转驱动模式时也通过转速控制单元10增加电动机4的转速,或者通过旋转时间控制单元11将电动机4的连续驱动时间延长预定的时间。
在判定洗涤物13处于漂浮状态后控制单元7切换至正反急速旋转驱动模式时,电动机4的负载会增大,因此正反急速旋转驱动模式的最好设定成尽可能短。因此,在“漂浮状态”变成“敲打洗状态”之后,控制单元7立即将正反急速旋转驱动模式切换成原来的正反连续旋转驱动模式。另外,也可以根据“漂浮状态”的程度增加正反急速旋转驱动模式的时间分配,或者交替地进行正反急速旋转驱动模式与正反连续旋转驱动模式。通过进行这样的控制,不仅能够防止洗涤物13的漂浮,还能够将洗涤物13从滚筒3的底面带起到90度以上后再落下,撞击到滚筒3上,从而能够提高洗净能力。特别是,在增加正反急速旋转驱动模式的时间分配时,洗涤物13在易漂浮的状态下洗净能力较高的正反急速旋转驱动模式的比例得到提高,能够进一步提高洗净能力。
另外,产生“漂浮状态”的原因可以认为主要有:洗涤物中化纤类衣物较多、水较多、洗涤剂起泡较多等。在这些原因中,水较多的问题在运转开始之后也可以解决。具体说来,在判定洗涤物13处于漂浮状态时,控制单元7将排水装置(排水阀)15打开预定的时间,将盛水筒2的内部的洗涤水向机外排出一部分;或者,与排水部15的开放时间无关地排出预定量的水。通过进行这样的控制排除掉水多的原因之后,再加上根据频率成分的比例大小施加控制,洗涤效果可进一步得到提高。
如上所述,本实施例中的滚筒转速控制方法以及控制程序根据盛水筒2的振动加速度中的频率成分来判断洗涤物13的漂浮状态,而且是根据盛水筒2的上下、左右、前后等方向中的2个以上的振动加速度成分来判断,因此可以提高判断准确度。另外,通过将滚筒3的转速乘以搅拌突起12的个数得到的振动加速度来进行判断,能够得到排除掉洗涤水影响的判断结果。
另外,在判定洗涤物13处于漂浮状态时,增加电动机4的转速,使洗衣状态进入敲打洗状态,或者将运转模式从通常的滚筒正反连续旋转驱动模式切换成正反急速旋转驱动模式,或者将盛水筒2内的洗涤水排出一部分,消除产生漂浮状态的其中一个原因。通过进行这样的控制,可以有效地切换至敲打洗状态。这样,滚筒式洗衣机就能够实现优异的洗净及漂洗效果。
综上所述,本发明的滚筒式洗衣机中的转速控制方法以及程序能够从盛水筒的振动加速度的频率成分检测出洗涤物的漂浮状态,再根据其结果控制滚筒的转速和旋转时间,防止洗涤物发生漂浮,从而可以提高洗净能力以及漂洗效果。因此,本发明不仅适用于家庭用的洗衣机,也能够广泛地适用于洗衣干衣机以及工业用洗衣机中。
Claims (6)
1.一种滚筒式洗衣机,其特征在于包括:
机体;
位于所述机体内部、由弹性支承机构支承在所述机体上的盛水筒;
内表面上具有搅拌突起、设置在所述盛水筒内、用于收容洗涤物的滚筒;
使所述滚筒发生旋转的电动机;
检测所述盛水筒的振动加速度的振动检测单元;
计算所述振动检测单元检测出的振动加速度中的频率成分的频率成分计算装置;和
至少控制所述电动机、实施正反连续旋转驱动模式的控制的控制单元,所述正反连续旋转驱动模式使所述滚筒以能让被所述滚筒旋转带起的所述洗涤物从自重作用超过离心力作用的高度落下的转速、正反交替地反复地进行连续旋转,
其中,所述控制单元在洗净或者漂洗动作中根据由所述频率成分计算装置计算出的结果,来判断所述滚筒内的所述洗涤物的状态,
所述搅拌突起为多个,所述控制单元计算出从所述频率成分计算装置得到的、所述滚筒转速乘以所述搅拌突起个数所得到的值相应的频带的振动加速度与预定频带的振动加速度的差,如计算结果比预定值大,则判定所述滚筒内的所述洗涤物处于漂浮状态。
2.根据权利要求1所述的滚筒式洗衣机,其特征在于:所述振动检测单元具有至少一个加速度传感器,检测出所述盛水筒的垂直方向、第1水平方向、与所述第1水平方向不同的第2水平方向中的至少2个振动加速度成分,所述频率成分计算装置从所述振动检测单元得到的每个方向上的振动加速度、或者所述每个方向的振动加速度的和来计算频率成分。
3.根据权利要求1所述的滚筒式洗衣机,其特征在于:所述控制单元具有使所述电动机转速变化的转速控制单元,
当所述控制单元判定所述滚筒内的所述洗涤物处于漂浮状态时,通过所述转速控制单元增加所述电动机的转速。
4.根据权利要求1所述的滚筒式洗衣机,其特征在于:所述控制单元能够进行正反急速旋转驱动模式的控制,所述正反急速旋转驱动模式反复进行让所述滚筒的旋转角度超过90度但不满2转的急加速度旋转以及急速制动,
所述控制单元在所述正反连续旋转驱动模式中判定所述洗涤物在所述滚筒内处于漂浮状态时,控制所述电动机切换成所述正反急速旋转驱动模式,或者交替地执行所述正反急速旋转驱动模式和所述正反连续旋转驱动模式。
5.根据权利要求1所述的滚筒式洗衣机,其特征在于:所述控制单元能够进行正反急速旋转驱动模式的控制,所述正反急速旋转驱动模式反复进行让所述滚筒的旋转角度超过90度但不满2转的急加速度旋转以及急速制动,
当所述控制单元判断所述滚筒内的所述洗涤物处于漂浮状态时,即增加所述正反急速旋转驱动模式相对于所述正反连续旋转驱动模式的实行比例。
6.根据权利要求1所述的滚筒式洗衣机,其特征在于还包括用于将所述盛水筒内洗涤水排出的排水装置,
当所述控制单元判定所述滚筒内的所述洗涤物处于漂浮状态时,即通过所述排水装置从所述盛水筒内排出一定量的洗涤水,或者在预定的时间内使所述盛水筒内的洗涤水排水。
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