CN101542034A - 用于竖直旋转轴线洗衣机的不平衡控制系统 - Google Patents

Abstract

描述了一种控制系统(15)，用于控制竖直旋转轴线洗衣机(1)中洗涤组件(5)的不平衡，其中洗涤组件(5)被容纳在壳体(2)中并且具有围绕大致平行于竖直参考轴线(V)的旋转轴线(R)旋转的洗涤筒(8)，以及用于围绕相对旋转轴线(R)旋转洗涤筒(8)的电驱动单元(12)；所述控制系统具有第一计算块(19，20，21)，用于确定与洗涤筒(8)的旋转关联的多个操作量(Cm(t)，J，α(t))，并且用于确定作为所述量的函数的沿着大致平行于竖直参考轴线(V)的第一方向洗涤组件(5)的质心(B)的竖直振荡的幅度(h(t))的时间图；以及第二计算块(23)，用于确定在给定时间间隔(T)内洗涤组件(5)的竖直振荡的最大幅度(H)；所述第二计算块(23)还确定竖直振荡的最大幅度(H)是否满足与预定阈值(SA)的预定关系，并且在满足所述预定关系时确定洗涤组件(5)的临界不平衡状态。

Description

用于竖直旋转轴线洗衣机的不平衡控制系统

技术领域

本发明涉及一种系统，其用于控制竖直旋转轴线洗衣机中的洗涤组件的不平衡。

更特别地，在以下描述中，术语“竖直旋转轴线洗衣机”指的是包括洗涤筒的洗衣机，所述洗涤筒通过电驱动单元围绕大致竖直轴线或者围绕相对于竖直轴线倾斜的轴线旋转。

背景技术

众所周知，在竖直旋转轴线洗衣机中，由于洗涤筒内的负载所造成的洗涤组件的不平衡必须在旋转循环期间被连续地确定以便在过分不平衡的情况下充分控制洗涤筒的旋转，上述过分不平衡可能会导致洗涤组件与洗衣机外部壳体碰撞，并因此损坏洗衣机。

在以上类型的洗衣机中，还必须采取措施来减小旋转循环期间的振动以及机器在支撑表面上的移动。

在目前销售的竖直轴线洗衣机中，通过适当地校正作为洗涤循环特征的多个操作参数而部分地解决了所述缺点。然而，假定涉及大量的参数，校正是复杂的并且不能完全消除以上所提及的洗涤组件的碰撞和/或振动和/或洗衣机的移动的风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于控制竖直轴线洗衣机中洗涤组件的不平衡的系统，并且所述系统防止洗涤组件与壳体的碰撞，同时极大地减小了振动和/或洗衣机的移动。

根据本发明，提供了一种如附属权利要求书所描述的用于控制竖直旋转轴线洗衣机中洗涤组件的不平衡的系统。

附图说明

将参照附图借助例子描述本发明的非限定性实施例，其中：

图1示意性地显示了一种洗衣机，它的特点在于根据本发明的用于控制洗涤组件的不平衡的系统。

图2显示了与图1洗衣机的洗涤组件的不平衡相关的函数图表。

具体实施方式

本发明大致基于以下原理：

-将竖直轴线洗衣机的洗涤组件构造成：当洗涤筒和洗涤筒内的负载围绕相应的旋转轴线旋转时，洗涤组件的质心运动具有沿着大致与所述竖直参考轴线(V)平行的第一方向的竖直振荡分量；

-测量与所述洗涤筒及相关负载的旋转关联的多个操作量，以便作为所述量的值的函数确定洗涤组件质心的所述竖直振荡的幅度-时间图；

-确定在给定的时间间隔内沿竖直方向洗涤组件的竖直振荡的最大幅度；

-确定竖直振荡的最大幅度是否满足与预定阈值的预定关系；

-在满足所述预定关系时确定所述洗涤组件的临界不平衡状态；

-当确定所述临界不平衡状态时，控制所述洗涤筒的旋转速度。

参考图1，数字1示意性地表示洗衣机整体，所述洗衣机优选地但不是必需地包括平行六面体外部壳体2，壳体2以多个脚4安置在地板3上。

壳体2容纳洗涤组件5，所述洗涤组件5通过多个减震装置6固定至壳体2的侧壁上，因此洗涤组件的纵轴线A大致与竖直参考轴线V平行，所述洗涤组件5进而大致包括大致圆筒形的桶或洗涤室7，所述桶或洗涤室7容纳着洗涤筒8，洗涤筒8围绕着大致与洗涤组件5的纵向轴线A共轴的旋转轴线R在桶或洗涤室7内旋转。

壳体2具有形成在所述壳体2的顶壁10中的用于进入所述洗涤筒8的开口9；以及固定至所述顶壁10用于密封开口9的门11。

洗涤组件5还包括固定至洗涤室7的基部的例如电动机的电驱动单元12，所述电驱动单元12的输出轴经由包括例如传动带的传动件13连接至用于旋转所述洗涤筒8的驱动轴14，并且所述驱动轴14定位成与所述旋转轴线R共轴。

更特别地，在图1的例子中，电驱动单元12被固定至洗涤室7的底壁，并且其纵轴线与所述洗涤筒8的旋转轴线R的距离为D，因此所述洗涤组件5的质心B不与所述旋转轴线R对准。在所显示的例子中，不带负载的洗涤组件5的质心B定位成与旋转轴线R的距离为D_B。

在未显示的替换实施例中，电驱动单元12被固定至洗涤室7的基部的中心，并且其输出轴装配至或者连接至洗涤筒8的驱动轴14；洗涤组件5具有给定重量的附加部分，所述附加部分固定成距离所述旋转轴线R有一预定距离，因此不带负载的所述洗涤组件5的质心B不与旋转轴线R对准，即，位于与所述旋转轴线R的距离为D_B的位置。

试验显示：带有或不带有负载的洗涤组件5的质心B相对于洗涤筒8的旋转轴线R偏离(即，使质心B与旋转轴线R隔开)由于振动的圆锥模式产生了具有竖直振荡分量的质心B的运动。

另一方面，如果旋转轴线不是竖直的，则振动的圆柱模式就产生具有竖直振荡分量的质心B的运动。

实际上，由于洗衣机1负载的不平衡，洗涤组件5的稳态振动可以被分解成以下单独的特征运动：圆柱运动和圆锥运动。

在圆柱运动中，洗涤筒8的旋转轴线R平行于自身运动，从而从几何上限定圆柱形，其横截面不是必须是圆形的：在大多数情况下，它非常接近于椭圆形，更一般地，它是封闭的曲线。

在圆锥运动中，洗涤筒8的旋转轴线R通过相对于惯性参照系改变其方位而运动：在圆锥运动过程中，旋转轴线R的位置属于圆锥，该圆锥的横截面不是必须是圆形的：在大多数情况下，它们非常接近于椭圆形，更一般地，它们是封闭的曲线。

对于圆锥运动，我们能够限定圆锥的角度α的平均值，而对于圆柱运动，我们能够限定横截面的平均半径r。而且，可以定义角度β作为当洗衣机1正在旋转时旋转轴线R相对于竖直轴线V的倾斜角的平均值。

考虑以上描述的稳态状态，只有在所述轴线不是竖直时，旋转轴线R的圆柱运动才产生质心B的竖直振荡运动。换言之，我们可以写成：

h≌r·sinβ≌r·β

再次考虑稳态状态，只有在质心B本身不属于旋转轴线R时，圆锥运动才产生质心B的竖直振荡运动。换言之，我们可以写成：

h≌α·D_M

其中D_M是洗涤筒内带有负载的洗涤组件5的质心B与旋转轴线R的距离。

结果显示：在稳态状态下以及在圆锥运动和圆柱运动之间最差相位关系的情况下，我们能够具有：

h≌r·β+α·D_M

我们从该公式能够看出：质心B的竖直运动h由洗涤组件5的运动以及洗衣机的两个参数(即，旋转轴线R的倾斜角β以及质心B与旋转轴线R之间的距离D_M)决定。实际上，对于具有严格竖直轴线(β＝0)以及质心B属于相同轴线(D_M＝0)的洗衣机，洗涤组件的振动不能产生质心B的竖直运动。因此，在这些情况下，组振动将不会在扭矩或速度信号中(即在不平衡函数中)引起任何改变。另一方面，更大的倾斜角和/或质心B与洗涤筒轴线的更大的距离将导致扭矩和速度信号的更强改变。

在所显示的例子中，试验显示了质心B的竖直运动与洗涤组件5的不平衡程度成正比。质心B的竖直运动h与不平衡程度之间的关系将在下面详细描述。

将电驱动单元12定位在与旋转轴线R相距D处，以便使质心B与旋转轴线R隔开，因此当洗涤筒8旋转时产生与洗涤组件5的不平衡程度成正比的洗涤组件5的大致竖直的振荡h(t)。

而且通过将洗涤组件5定位成其纵轴线A相对于竖直参考轴线V显著倾斜，也能获得质心B的以上竖直振荡分量。

洗衣机1还包括如以下将要详细描述的用于确定洗涤组件5的临界不平衡状态的控制系统15，所述控制系统15控制电驱动单元12以便作为所检测的临界不平衡状态的函数调节洗涤筒8的旋转速度。

控制系统15大致包括用于控制电驱动单元12的控制单元16；以及用于确定洗涤组件5的临界不平衡状态是否存在的处理单元18。

更特别地，处理单元18包括：用于连续地提供表示驱动扭矩Tm(t)的值的第一计算块19，所述驱动扭矩由电驱动单元12施加给洗涤筒8；用于提供表示洗涤筒8及其内部负载的质量惯性矩的值J的第二计算块20；以及用于提供表示洗涤筒8的角加速度α(t)的值的第三计算块21。

在所显示的例子中，驱动扭矩Tm(t)作为当控制单元16控制电驱动单元12的输出轴的旋转速度时所产生的电流/电压量的函数，第一计算块19可以确定驱动扭矩Tm(t)；由第二计算块20所提供的质量惯性矩J可以通过直接在洗衣机1上进行的试验而从实验上确定，然后将质量惯性矩J存储在第二计算块20中。

另一方面，通过例如由与输出轴共轴安装的速度计发电机所限定的速度传感器22在电驱动单元12的输出轴上直接测量旋转速度ω(t)，第三计算块21可以确定作为旋转速度ω(t)的函数的洗涤筒8的角加速度α(t)。

处理单元18还包括第四计算块23，其分别从第一、第二和第三计算块接收电动机驱动扭矩Tm(t)、质量惯性矩J以及角加速度α(t)，并且借助不平衡函数A(t)以及根据上述量确定临界不平衡状态，控制单元16在该不平衡状态下启动对洗涤筒8的旋转速度ω(t)的降低。

更特别地，第四计算块23实施不平衡函数A(t)＝Tm(t)-J＊α(t)，该函数的时间图与洗涤组件5的竖直运动h(t)相关。

不平衡函数A(t)＝Tm(t)-J＊α(t)与洗涤组件5的竖直运动h(t)之间的关系是基于以下考虑的，指出这一点很重要。

在稳态状态下，即，当洗涤筒8以恒定平均速度运行时，洗涤组件5的特性是周期性的，并且因而不平衡函数A(t)也是周期性的。

我们可以通过仅仅考虑不平衡函数A(t)的常数项以及其一次谐波分量来估计不平衡函数A(t)：以这种方式我们忽略了二次谐波分量和三次谐波分量，但是它们的贡献是不重要的。从而我们能够写成：

a)A(t)≌A₀+A₁·cos(ω·t)

现在在下面已知的洗衣机动力方程式中引入这个估计的不平衡函数A(t)：

我们得到：

其中T_摩擦是摩擦扭矩，M是洗涤组件5以及相关负载的总质量，g是重力加速度，h是洗涤组件5以及负载的质心B的竖直坐标。

现在，在稳态状态下，我们得到(对于洗涤筒8的转一圈进行平均的)恒定不变的能量损耗，因此我们能够声明T_摩擦是恒定不变的。

而且，质心B的竖直位置h(t)也是周期性函数，正如我们对待不平衡函数A(t)那样，我们能够利用其常数项和一次谐波分量对它进行估计。换言之，我们能够写成：

d)h(t)≌h₀+h₁·cos(ω·t+φ)

相对于时间t求微分，我们获得：

e) $\frac{\mathrm{dh}}{\mathrm{dt}}\≅(\mathrm{\ω}\·h_1\·\cos )(\mathrm{\ω}\·t+\mathrm{\φ}+\mathrm{\π}/2)$

现在在动力方程式b)中引入表达式e)，我们获得：

由此我们知道：

A₀≌T_摩擦    φ≌-π/2    A₁≌M·g·h₁

从这些公式的后一个我们发现：

$h_1\≅\frac{A_1}{M\·g}$

质心B的竖直运动h₁的一次谐波分量的幅度与不平衡函数A(t)的一次谐波分量的幅度A₁成正比，指出这一点是重要的。

这意味着通过对扭矩T_m和速度ω进行取样，就可以在旋转期间通过第四计算块23连续地计算不平衡函数A(t)以及其一次谐波分量运行时间的幅度A₁以便确定质心B的竖直运动的幅度h₁。

图2显示了不平衡函数A(t)的图表，其通过第四计算块23确定并且与洗涤组件5的质心B的竖直运动h(t)相关。

更特别地，图2中所显示的不平衡函数A(t)包括与常数项A₀对应的连续分量、与一次谐波分量A₁(t)对应的大致波动分量，所述一次谐波分量A₁(t)的幅度与洗涤组件5的质心B的竖直振荡分量h₁(t)＝h₁cos(ωt)成正比。

第四计算块23确定在与例如不平衡函数A(t)的波动图中的周期相应的每个预定时间间隔T内分量A₁(t)的最大幅度值，即不平衡函数A₁(t)的波峰到波谷的值AM，并且计算作为最大值A₁(t)的函数的一个值，该值表示在间隔T内质心B的竖直振荡的最大幅度h₁(t)＝H。

第四计算块23还确定质心B的竖直运动的最大幅度H与预定阈值SA之间的预定关系，该预定阈值SA和洗涤组件5的临界不平衡状态相关联。

预定阈值SA可以通过事先对洗衣机1进行的试验而确定并被存储，并且可以与质心B的振荡值h₁(t)相关，当超出预定阈值SA时导致洗涤组件5的临界不平衡状态。

更特别地，当所确定的最大幅度H超出预定阈值SA时可以满足由计算块23确定的预定关系。

当最大幅度H超出预定阈值SA时，第四计算块23确定洗涤组件5的临界不平衡状态，并且因此通知控制单元16，所述控制单元16降低驱动单元12的旋转速度ω(t)以消除临界不平衡状态。

在所显示的例子中，控制单元16可以降低电驱动单元12的旋转速度ω(t)一预定值，或者可以将旋转速度ω(t)作为所确定的最大振荡H的函数来命令降低旋转速度ω(t)。

通过简单地并经济地确定洗涤组件5的临界不平衡状态，并且通过干预以便在不平衡程度超过预定临界阈值时降低旋转速度ω(t)，如上所述的控制系统15是特别有利的。

显然，可以对这里所描述和图示的洗衣机以及系统进行改变，但却不偏离如所附权利要求书所限定的本发明的范围。

Claims (8)

1.一种用于控制竖直旋转轴线洗衣机(1)中的洗涤组件(5)的不平衡的控制系统(15)，所述竖直旋转轴线洗衣机(1)包括外部壳体(2)和洗涤组件(5)，所述洗涤组件(5)容纳在所述壳体(2)中并且包括围绕大致平行于一竖直参考轴线(V)的旋转轴线(R)旋转的洗涤筒(8)以及用于围绕所述旋转轴线(R)旋转所述洗涤筒(8)的电驱动单元(12)；

所述控制系统(15)的特征在于：所述洗涤组件(5)被构造成当所述洗涤筒(8)和所述洗涤筒(8)内的负载围绕所述旋转轴线(R)旋转时，所述洗涤组件(5)的质心(B)的运动具有沿着大致平行于所述竖直参考轴线(V)的第一方向的竖直振荡分量；

并且所述控制系统包括：

-第一计算装置(19，20，21)，用于确定与所述洗涤筒(8)的旋转关联的多个操作量(Tm(t)，J，α(t))，并且用于确定作为所述操作量的函数的沿着大致平行于所述竖直参考轴线(V)的第一方向洗涤组件(5)的质心(B)的竖直振荡的幅度(h(t))的时间图；

-第二计算装置(23)，用于确定在给定时间间隔(T)内沿着所述第一方向所述洗涤组件(5)的所述竖直振荡的最大幅度(H)；所述第二计算装置(23)确定竖直振荡的最大幅度(H)是否满足与预定阈值(SA)的预定关系，并且在满足所述预定关系时确定所述洗涤组件(5)的临界不平衡状态。

2.如权利要求1所述的系统(15)，其中所述洗涤组件(5)被构造成：在洗涤筒(8)内带有或不带有负载时，该洗涤组件的质心(B)位于距离所述洗涤筒(8)的所述旋转轴线(R)一预定距离(D_B，D_M)的位置。

3.如权利要求1或2所述的系统(15)，其中所述洗涤组件(5)被构造成：所述旋转轴线(R)相对于所述竖直参考轴线(V)倾斜但不垂直。

4.如前面权利要求中任意一项所述的系统，其中所述第一计算装置(19，20，21)根据以下不平衡函数：A(t)＝Tm(t)-J＊α(t)确定沿着所述第一方向所述洗涤组件(5)的质心(B)的竖直振荡的幅度(h(t))的时间图，其中Tm(t)是由电驱动单元(12)施加给所述洗涤筒(8)的驱动扭矩；J是洗涤筒(8)及其内部负载的质量惯性矩；α(t)是施加给所述洗涤筒(8)的角加速度α(t)。

5.如权利要求4所述的系统，其中所述洗涤组件(5)包括容纳所述洗涤筒(8)的洗涤室(7)；所述电驱动单元(12)在距离所述洗涤筒(8)的旋转轴线(R)一预定距离(D)处被固定至所述洗涤室(7)的底壁，使得所述洗涤组件(5)的质心(B)不与所述旋转轴线(R)对准。

6.如前面权利要求中任意一项所述的系统，其中所述洗涤组件(5)具有一附加部分，该附加部分具有给定的重量并且固定成距离所述旋转轴线(R)一预定距离，使得所述洗涤组件(5)的质心(B)不与所述旋转轴线(R)对准并且定位成距离所述旋转轴线(R)一距离(D_B)。

7.如前面权利要求中任意一项所述的系统，包括控制装置(16)，在发生所述临界不平衡状态时，所述控制装置(16)命令降低所述电驱动单元(12)的输出轴的旋转速度。

8.如权利要求7所述的系统，其中在发生所述临界不平衡状态时，所述控制装置(16)将所述电驱动单元(12)的输出轴的旋转速度作为由所述第二计算装置(23)确定的洗涤组件(5)的所述竖直振荡的最大幅度(H)的函数，来命令降低所述电驱动单元(12)的输出轴的旋转速度。

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