CN101801534A - 具有基于pwm的磨碎特性控制的食物垃圾处理器 - Google Patents
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Abstract
一种食物垃圾处理器,具有利用脉冲宽度调制(“PWM”)驱动的电机。基于驱动电机的PWM控制器的PWM值来控制磨碎特性。在一个方面中,控制磨碎特性包括基于PWM值改变电机速度。在一个方面中,在启动食物垃圾处理器并且PWM值超过表示在食物垃圾处理器的磨碎部中存在磨碎负载的设定值之后启动磨碎特性。在一方面中,在已经启动磨碎特性之后,一旦PWM值没有超过第一设定值,则确定磨碎负载已经被充分磨碎。在一个方面中,在经过预定时间之后当PWM值超过所述设定值时启动校正动作。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2007年9月5日提交的美国临时申请No.60/967,579的权益。该申请的公开内容通过参考的方式并入此处。
技术领域
本发明涉及食物垃圾处理器。
背景技术
现在参照附图,图1显示了在美国专利No.6,854,673中所述的现有技术废物处理器100。US6,854,673的全文通过参考的方式并入此处。可以使用在美国专利No.3,025,007中公开的传统的安装构件按照公知的方式将处理器100安装在槽的排放口中,该专利文献的全文通过参考的方式并入此处。该处理器包括上部食物输送部102、中央磨碎部104和可变速电机部106。中央磨碎部104设置在食物输送部102和可变速电机106之间。
食物输送部102将食物垃圾输送到中央磨碎部104。食物输送部102包括入口外壳108和输送外壳110。入口外壳108形成位于食物垃圾处理器100的上端处的入口,用于接收食物垃圾和水。入口外壳108附接在输送外壳110上。在入口外壳108和输送外壳110之间可以使用橡胶O形环112来防止外泄。也可以使用密封珠来代替橡胶O形环112。密封珠优选由粘性的可延展材料构成,该材料填充入口外壳108和输送外壳110之间的任何空洞,并且调节外壳的相对表面中的任何不规则。用于密封剂滴珠的一些合适的可延展材料包括丁基橡胶密封剂、硅树脂密封剂和环氧树脂。
输送外壳110具有用来容纳洗碗机入口116的开口114。洗碗机入口116用来让来自洗碗机(未示出)的水通过。入口外壳108和输送外壳110可以由金属或注塑塑料制成。可替代地,入口外壳108和输送外壳110可以是一个整体的部件。
中央磨碎部104包括具有切碎板组件118和固定的切碎环120的磨碎机构。在一个实施方案中,切碎板组件118可以包括上旋转板122和下突出部支撑板124。上旋转板122和下突出部支撑板124安装在可变速电机部106的可旋转轴126上。输送外壳11的一部分包围着磨碎机构。图1所示的磨碎机构是固定的突出部磨碎系统。可替代地,可以使用的可动突出部组件,诸如在美国专利No.6,007,006(Engel等人)中所公开的可动突出部组件,该美国专利的全文通过参考的方式并入此处。磨碎机构可以替代性地使用固定支柱组件和可动支柱组件。
包括多个间隔齿128的磨碎环120通过过盈配合固定连接在输送外壳110的内表面上,并且优选由不锈钢构成,但是也可以由其他金属材料例如电镀钢制成。如图1所示,也可以使用形成在外壳110的内侧壁上的斜坡部129来保持外壳110中的磨碎环120。
在该食物垃圾处理器100的操作中,由食物输送部102输送到磨碎部104的食物垃圾由磨碎板组件118上的突出部142压在磨碎环120的齿128上。磨碎板组件118还可以包括斜钉144。齿128的尖锐边缘将食物垃圾研磨或磨碎成微粒物质,该微粒物质足够小以便经由板122周边外侧的齿128之间的间隙穿过上旋转板122上方到达板下方。由于重力和水流,穿过齿128之间的间隙的微粒物质掉落到塑料衬垫160上,并且与通过通向入口外壳108的入口进入到处理器100中的水一起,通过排放出口162被排到尾管或排水管(未示出)中。为了将微粒物质和水的混合物朝着排放出口162引导,塑料衬垫160向下朝着靠近排放出口162的周边侧倾斜。排放出口162可以形成为模铸上端钟状部件164的一部分。可替代地,排放出口162可以由塑料单独形成为处理器的外壳的一部分。排放出口164的外表面使得尾管或排水管能够连接于排放出口162。
可变速电机部106包括具有定子182和转子184的转换磁阻电机180。定子182包括绕组194。转子向可旋转轴126施加旋转运动。转换磁阻电机180封装在延伸在上、下端框架164和176之间的外壳174内。可替代地,可以使用无刷永磁电机或受控感应电机。控制器220控制转换磁阻电机180。
再次参照图1,如前面所述一样,上端钟状部件164将磨碎部104与可变速电机部106分隔开。上端钟状部件164可以将由转换磁阻电机180所产生的热量散发出,防止微粒物质和水接触转换磁阻电机180,并且将微粒物质和水的混合物引导至排放出口162。
通过螺钉或螺栓166将塑料衬垫160连接在模铸上端钟状部件164上。上端钟状部件164通过螺钉或螺栓166连接于输送外壳110。为了防止外泄,可以使用环形架和O形环或密封件172来紧固输送外壳110和上端钟状部件164之间的连接。
上端钟状部件164用来将中央磨碎部104与可变速电机部106分隔开。可变速电机部106容纳在外壳174和下端框架176内。外壳174可以由金属板形成,并且下端框架176可以由冲压金属形成。外壳174和下端框架176通过螺钉或螺栓178连接在上端钟状部件164上。
为了对准可旋转轴126并且同时允许可旋转轴126相对于上端钟状部件164转动,上端钟状部件164具有容纳轴承组件200的中央轴承腔165。在一个实施方案中,轴承组件200包围可旋转轴126,并且包括套筒轴承202、套筒204、间隔物205、橡胶密封件206、挡环208以及推力垫圈210。将套筒轴承202推入到中央轴承轴承腔165的较小部分中。套筒轴承202优选由具有润滑材料的粉末金属制成。推力垫圈210放置在轴承202上方。钢套筒204包围可旋转轴126,并且定位在推力垫圈210和套筒轴承202上方。钢套筒204靠在可旋转轴126的上端部127上。上端部127形成为双D形以容纳磨碎板组件118。磨碎板组件118位于间隔物205上。使用螺栓211将板磨碎板组件118保持在可旋转轴126上。为了防止碎片进入,橡胶密封件206在钢套筒204上滑动,并且停靠在上端钟状部件164的中央轴承轴承腔165的较大部分中。钢帽或挡环208放置在橡胶密封件206上方。
通过使用轴承组件212使得可旋转轴126的底部能够相对于下端框架176转动。下轴承组建212包括外壳214和球轴承216。球轴承216优选由具有润滑材料的粉末金属制成。
发明内容
一种控制具有利用脉冲宽度调制(“PWM”)驱动的电机的食物垃圾处理器的磨碎特性的方法,该方法包括基于驱动电机的PWM的PWM值来控制食物垃圾处理器的磨碎特性。在一个方面启动,控制磨碎特性包括给予PWM值改变电机速度。在一个方面中,在启动食物垃圾处理器并且PWM值超过表示在食物垃圾处理器的磨碎部中存在磨碎负载的设定值之后启动磨碎特性。
在一个方面中,启动磨碎特性包括将电机的速度从怠速速度升高至磨碎速度。
在一个方面中,该方法包括一旦在磨碎特性已经启动之后PWM值不超过第一设定值则确定磨碎负载已经被充分磨碎。在一个方面中,在确定磨碎负载已经被充分磨碎之后,该方法包括在PWM值不超过比所述第一设定值低的第二设定值的情况下确定磨碎负载已经从磨碎部中冲洗出,以及一旦确定磨碎负载已经从磨碎部中冲洗出则关闭该食物垃圾处理器。
在一个方面中,该方法包括在经过预定时间之后PWM值超过设定值时启动校正动作。在一个方面中,启动校正动作包括使电机的转动方向反向。在一个方面中,启动校正动作包括改变电机的速度。在一个方面中,启动校正动作包括启动防堵塞过程。
附图说明
在这里所描绘的附图只是为了示例目的,并不是为了以任何方式限制本发明的范围。
图1为现有技术的食物垃圾处理器的剖视图;
图2为根据本发明一方面的食物垃圾处理器的剖视图;
图3为在磨碎胡萝卜负载时没有遇到磨碎异常的情况下,图2的食物垃圾处理器的无刷永磁电机的控制图;
图4为在磨碎胡萝卜负载时磨碎性能受到位于凸出部前面的未被磨碎的材料的不利影响的情况下,图2的无刷永磁电机的控制图;并且
图5为用于控制图2的食物垃圾处理器的示例性控制程序的流程图。
具体实施方式
下面的说明本质上仅仅是示例性的,并不意在限制本公开、应用或使用。应该理解的是,在所有这些附图中,相应的附图标记表示相似或相应的部件和特征。
参照图2,该图显示出根据本发明一个方面的食物垃圾处理器300,其具有基于脉冲宽度调制(PWM)的食物垃圾处理器300磨碎参数控制。这里所使用的“磨碎特性”指的是在食物垃圾磨碎期间食物垃圾处理器的电机运行速度。磨碎特性还可包括在食物垃圾磨碎期间食物垃圾处理器300的电机运行的转动方向。与图1的元件相同的元件用相同的附图标记表示,并且下面重点论述不同之处。示例性地,食物垃圾处理器300的可变速电机部106具有无刷永磁电机(“BPM电机”)302,其中对食物垃圾处理器300的磨碎特性的控制是基于BPM302的脉冲宽度调制的,这将在下面更详细地描述。BPM电机302包括具有绕组306的定子304和具有永磁体310的转子308,永磁体310示例性地围绕转子308的外周安装。BPM电机采用电整流,从而无需电刷。转子位置对于电整流BPM电机工作而言必须是已知的,在这方面,BPM电机可以采用转子位置传感器或无传感器驱动装置。对于采用位置传感器的BPM电机而言,可以采用感测装置例如霍耳效应传感器314(仅显示出其中一个)来确定转子位置。可替代地,不需要位置传感器的无传感器驱动装置也是可用的。在这些无传感器驱动装置中,通过分析电机的电气方面来确定转子位置。在任一种方案中,需要电子控制器(电机驱动装置)例如输出部分与定子绕组306连接的控制器312来根据BPM电机302的各种相位适当地调整电压的序列。在使用诸如霍耳效应传感器314的传感器来确定转子位置的情况下,将其连接于控制器例如控制器312的输入部分。用于控制BPM电机的控制器在本领域是已知的,并且可以将这种已知的控制器用于控制器312,但是经过编程以实现下述功能,要理解的是,这种已知的BPM电机控制器并不具有下面所述的应用于食物垃圾处理器的功能。
在某些情况下,理想的是处理器能够自动地监测其磨碎性能,然后基于该性能作出反应。该反应可以是在磨碎结束时自动关闭,或者如果材料需要太长时间磨碎则使得方向反向和/或改变处理器的速度,以对材料重新进行定位以改善磨碎性能。根据本公开的一个方面,用来控制处理器中的BPM电机功能的PWM值也可以用来监测磨碎性能。基于预定的PWM值,将控制器312编程为执行不同的功能,从而改善了整体磨碎性能和用户满意度。
现有技术方法采用了食物垃圾处理器的电机的电流来监测磨碎性能。一般来说,未放大的电流对于检测磨碎性能方面的微小变化例如材料运动(riding)或者在少量食物留在磨碎部中时不够敏感。不能精确感测出在磨碎部中发生了什么会导致磨碎时间额外长或者食物垃圾处理器过早关闭,从而将材料留在磨碎部中。改善电机电流的灵敏度的可能方案是将电流放大。但是这会造成来自电机和控制器的EMI增大,这又会增加这两者的滤波成本。
图3和4显示出在磨碎胡萝卜负载期间由BPM电机驱动的处理器的控制图。图3显示出在没有遇到任何磨碎性能异常的情况下通过食物垃圾处理器磨碎材料时的控制图。图4显示出在磨碎性能受到堵塞在凸出部前面的没有被磨碎的材料的负面影响的情况下的控制图。在图3和4中的每一个中与这部分说明有密切关系的是表示电机电流的线316和表示PWM值的线318(线320表示实际电机速度,线322表示目标电机速度,并且线324表示总线电压)。PWM值为由电机控制器312输出的用来驱动食物垃圾处理器300的无刷永磁电机302的PWM信号的负载循环。在图3和4中,显示出电机电流值如何在10至15秒的磨碎时间内下降到相当恒定的值,并且尽管两种状态之间磨碎性能存在根本的不同,但是电机电流值在两幅图中看起来类似。现在来看这两幅图中的PWM值,对于两个磨碎结果,PWM值存在更大的差异。在图3中,PWM值以比电机电流大的多的渐变速度下降至稳定的值。在图4中,在胡萝卜堵塞的情况下,PWM保持在高值。通过采用PWM值,将控制器312编程为在磨碎进行了一段设定的时间后没有看到PWM值出现预定下降的情况下作出反应。
PWM值比未放大的电流更敏感。这使得控制程序能够更精确地检测磨碎负载何时处于食物垃圾处理器的磨碎部中。不将电流放大降低了由食物垃圾处理器产生的电磁干扰(“EMI”)。
图5为用于控制器312的一种可能的示例性控制程序的流程图,该程序利用PWM值来控制食物垃圾处理器300的磨碎特性,其中控制器312被编程为基于PWM值执行3中不同的反应:1)在低RPM(怠速模式)下启动食物垃圾处理器300,直到PWM升到设定值以上。一旦负载(例如,水或材料,诸如食物垃圾)被引入到磨碎部中,则PWM值将升高,此时启动磨碎特性。PWM值升高是因为磨碎部中的负载给电机加载,并且电机控制器使得PWM值增大以提高提供给电机的电能,从而维持电机速度。怠速模式不会减少任何负载、任何水噪音,并且减少能量使用。2)一旦启动磨碎特性,则一旦实现了预定PWM值,食物垃圾处理器300就将自动关闭,因此基于负载大小以及正在如何磨碎负载来调节磨碎循环的长度。3)一旦启动磨碎循环,如果在设定时间内没有实现预定PWM值,则食物垃圾处理器300采取修正动作例如使得磨碎方向(即BPM电机302的转动方向)反向来对被磨碎的材料重新进行定位,并且重复该反向循环,直到负载磨碎或者达到最大时间间隔,此时食物垃圾处理器300关闭。在没有实现预定PWM值时的其它可能的修正动作是改变电机RPM或启动防堵塞过程。
从图5中的方框500开始,控制器312等待启动信号,例如用户打开食物垃圾处理器。一旦收到启动信号,控制器312在方框502处沿着与电机302最后运行的方向相反的方向启动电机302。在方框504处,控制器312在例如一秒的时间内使电机302的速度变为怠速速度,例如1500rpm。控制器310通过调节PWM值根据需要提高或降低电机速度来将电机302的速度保持在怠速速度。在方框506处,控制器312检查PWM值是否已经升高到设定值(例如700)以上,这表示已经通过将磨碎负载例如食物垃圾引入到食物垃圾处理器300中而将负载放置在电机302上。在示例性实施例中,PWM的100%负载循环的PWM值可以为883,因此设定值为700表示PWM的大约79%的负载循环。
将负载放置在BPM电机302上使得BPM电机302减速,除非提供给BPM电机302的电能增大。增大PWM值提高了提供给BPM电机302的电能,并且控制器改变PWM值以维持BPM电机302的速度。
如果PWM值没有超过设定值,则控制器312接下来在方框508处检查是否已经经过了设定时间,例如三十秒。如果没有,控制器312则返回到方框506。如果已经经过了设定时间,则控制器312在方框510处使电机302停下来,例如在一定时间例如1秒内使电机302的速度下降至停止。
如果在方框506处控制器312确定PWM值已经超过设定值,则控制器312在方框512处启动磨碎特性并且使电机302的速度变为第一磨碎速度。控制器312然后在方框514处开始检查,以查看出电机302上的负载是否处于设定水平以下,这表示磨碎部中的磨碎负载已经被充分磨碎,并且食物垃圾处理器没有经历任何磨碎异常,例如(示例性的但非进行限制)如上所述的材料位于凸出部前面并且没有被磨碎。如果BPM电机302上的负载处于设定水平以下,则食物垃圾处理器中的磨碎负载已经被充分磨碎,并且食物垃圾磨碎机300没有经历磨碎异常。如果BPM电机302上的负载处于设定水平以上,则由于仍然在给BPM电机302加载至设定水平以上,所以磨碎部中的磨碎负载还没有被充分磨碎,和/或食物垃圾处理器302正在经历磨碎异常。控制器312通过检查PWM值是否在第二设定值X以上来进行上述查看。X例如可以稍低于第一设定水平。X可以例如是但不限于650。如果PWM值在X以上,这表示磨碎部中的磨碎负载还没有被充分磨碎和/或食物垃圾处理器300正在经历磨碎异常,则控制器312然后在516处检查是否经过了设定时间(B)。B可以例如是但不限于10秒。如果没有,则控制器312返回到方框514。如果已经经过了设定时间B,则控制器312在方框518处通过使BPM电机302的转动方向反向来采取校正动作,并且在设定时间例如1秒内使之变为磨碎速度Z,以试图重新定位磨碎部中的磨碎负载。可替代地,在方框518处,控制器312改变电机302的速度。可替代地,在方框518处,控制器312启动防堵塞过程。防堵塞过程可以例如为但不限于包括使电机302的转动方向反向、向BPM电机302施加一系列力矩脉冲或其任何组合的过程。防堵塞过程可以例如为但不限于包括2005年4月27日提交的名为“De-Jamming Device and Method(防堵塞装置和方法)”的USSN10/908,096中所描述的任何防堵塞过程,该文献的全文通过参考的方式并入此处。
在方框502处,控制器312通过检查BPM电机302上的负载是否处于设定值以下来检查食物垃圾处理器300是否已经充分磨碎负载并且不在经历磨碎异常。同样,它通过检查BPW值是否位于第二设定值X以上来进行检查。
如果食物垃圾处理器300的磨碎部中的磨碎负载没有被充分磨碎和/或食物垃圾处理器300正在经历磨碎异常,则控制器312然后在方框522处检查是否已经经过了设定时间(C)。C可以例如是但不限于10秒。应该理解的是,设定时间C可以等于设定时间B或与之不同。如果没有经过设定时间(C),则控制器312返回到方框520。
如果已经经过了设定时间C,则控制器312然后在方框524处检查是否已经经过了总允许磨碎时间(从在方框512处启动磨碎特性的时间开始的时间)。总许可磨碎时间可以例如为但不限于60秒。如果没有经过设定时间C,则控制器312返回到方框518,在那里它再次试图通过使电机302反向并且然后如上所述一样继续来对磨碎部中的磨碎负载重新进行定位。
如果已经经过总许可磨碎时间,则控制器312然后在方框526处通过使BPM电机302的速度在一定时间例如1秒内降低至停止来关闭电机302。
如果控制器302在方框514或520处确定磨碎部中的磨碎负载已经被充分磨碎并且食物垃圾处理器300不在经历任何磨碎异常,则控制器302转到方框527,在那里它等待设定时间(A),然后在方框528处检查磨碎部中的磨碎负载是否已经从食物垃圾处理器300中冲洗出并且只有水留在磨碎部中或者磨碎部是空的(如果已经将水关掉)。控制器302通过检查PWM值是否处于第三设定值Y以上来检查BPM电机302上的负载是否位于设定水平以下来这样做。应该理解的是,Y比X至少低20%。例如,当X为650时,Y可以为450。
如果PWM值在Y以上,则磨碎部中的磨碎负载未被冲洗出和/或食物垃圾处理器300正在经历磨碎异常。控制器312然后在方框530处检查是否已经经过了总许可磨碎时间。如果没有,则控制器312转回到方框518,在那里它通过使得电机302反转以及然后如上所述一样继续进行而试图对磨碎部中的磨碎负载重新进行定位。如果已经经过了总磨碎时间,则控制器312转到方框524,在那里它将BPM电机302关闭。
回到方框528,如果PWM值不高于Y,那么磨碎部中的磨碎负载已经被冲洗出并且食物垃圾处理器300不在经历磨碎异常。控制器312然后转到方框532,在那里它通过关闭过程将食物垃圾处理器300关闭,在该关闭过程中,控制器312将BPM电机302的速度变为设定速度一段设定的时间(例如为但不限于3秒内),所述设定速度例如为但不限于2200RPM。然后通过在一定时间例如1秒内使电机302的速度降低至停止来将BPM电机302关闭。
应该理解的是,对于给定类型的食物垃圾处理器,可以推断出A、B、C、X、Y、Z。在上述示例中,食物垃圾处理器300例如可以是能够从Insinkerator division of Emerson Electric Company买到的食物垃圾处理器,该处理器被改造成基于PWM值来控制磨碎特性。BPM电机302可以例如是但不限于4HP BPM电机。
虽然已经参照BPM电机对食物垃圾处理器300及其控制进行了说明,但是应该理解的是也可以采用其它利用脉冲宽度调制来驱动的电机。例如但不限于,可以使用这样的通用电机:其中控制器利用脉冲宽度调制驱动信号来驱动该通用电机,或者使用这样的受控感应电机:该受控感应电机利用脉冲宽度调制驱动信号而被驱动。
Claims (20)
1.一种控制食物垃圾处理器的磨碎特性的方法,该食物垃圾处理器具有利用脉冲宽度调制(“PWM”)来驱动的电机,该方法包括基于驱动所述电机的PWM的PWM值来控制食物垃圾处理器的磨碎特性。
2.如权利要求1所述的方法,其中控制磨碎特性包括基于所述PWM值改变所述电机的速度。
3.如权利要求1所述的方法,包括在启动所述食物垃圾处理器并且PWM值超过表示在所述食物垃圾处理器的磨碎部中存在磨碎负载的设定值之后启动磨碎特性。
4.如权利要求3所述的方法,其中启动所述磨碎特性包括将所述电机的速度从怠速速度升高至磨碎速度。
5.如权利要求3所述的方法,包括一旦在启动所述磨碎特性之后所述PWM值不超过第一设定值则确定所述磨碎负载已经被充分磨碎。
6.如权利要求5所述的方法,包括在确定所述磨碎负载已经被充分磨碎之后,在所述PWM值不超过低于所述第一设定值的第二设定值的情况下确定所述磨碎负载已经从所述磨碎部中冲洗出以及一旦确定所述磨碎负载已经从所述磨碎部冲洗出则关闭所述食物垃圾处理器。
7.如权利要求5所述的方法,包括在经过预定时间之后所述PWM值超过设定值时启动校正动作。
8.如权利要求7所述的方法,其中启动校正动作包括使所述电机的转动方向反向。
9.如权利要求7所述的方法,其中启动校正动作包括改变所述电机的速度。
10.如权利要求7所述的方法,其中启动校正动作包括启动防堵塞过程。
11.一种食物垃圾处理器,包括:
食物输送部,所述食物输送部将食物垃圾输送到中央磨碎部;
可变速电机部,所述可变速电机部包括利用来自控制器的脉冲宽度调制(“PWM”)来驱动的可变速电机;
所述中央磨碎部,所述中央磨碎部包括由所述电机旋转的可旋转切碎板;以及
所述控制器,所述控制器基于驱动所述电机的PWM的PWM值来控制食物垃圾处理器的磨碎特性。
12.如权利要求11所述的装置,其中所述控制器控制磨碎特性包括基于所述PWM值改变所述电机的速度。
13.如权利要求1所述的装置,其中在启动所述食物垃圾处理器并且所述控制器确定PWM值超过表示在食物垃圾处理器的磨碎部中存在磨碎负载的设定值之后所述控制器启动磨碎特性。
14.如权利要求13所述的装置,其中在所述控制器启动磨碎特性时,所述控制器将所述电机的速度从怠速速度升高至磨碎速度。
15.如权利要求13所述的装置,其中一旦在已经启动所述磨碎特性之后所述PWM值不超过第一设定值,则所述控制器确定所述磨碎负载已经被充分磨碎。
16.如权利要求15所述的装置,其中一旦所述控制器确定所述磨碎负载已经被完全磨碎,则所述控制器在所述PWM值不超过低于所述第一设定值的第二设定值的情况下确定所述磨碎负载已经从所述磨碎部中冲洗出,并且一旦确定所述磨碎负载已经从所述磨碎部中冲洗出则关闭所述食物垃圾处理器。
17.如权利要求15所述的装置,其中一旦所述控制器确定在经过预定时间之后所述PWM值超过设定值,则启动校正动作。
18.如权利要求17所述的装置,其中所述控制器在启动校正动作时使所述电机的转动方向反向。
19.如权利要求17所述的装置,其中所述控制器在启动校正动作时改变所述电机的速度。
20.如权利要求17所述的装置,其中所述控制器在启动校正动作时启动防堵塞过程。
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