CN101956314A - 干燥器电动机和控制 - Google Patents

Abstract

干燥器电动机和控制。本发明涉及用于使干燥物品翻滚的干燥装置。在一实施例中，干燥装置包含：滚筒，其耦合到支撑框架，以便使能滚筒的旋转，滚筒具有内部空间；吹风机，其耦合到支撑框架，吹风机被配置为响应于受到电动机的驱动在滚筒的内部空间中产生气流；非线路频率电动机，其耦合到支撑框架，并电气耦合到非线路频率供电电压，电动机具有输出轴，输出轴直接连接到吹风机以驱动吹风机，并耦合到滚筒以旋转滚筒。

Description

干燥器电动机和控制

技术领域

下面介绍的设备和方法涉及洗衣店电器，特别涉及干衣机。

背景技术

干衣机——也被称为衣物干燥器——通过使加热的空气在衣物中流通来使湿的衣物干燥。衣物干燥器常常包含放置大量湿衣物的滚筒。在干燥周期中，电动机旋转滚筒，吹风机使得加热的空气在衣物在滚筒中翻滚的同时在衣物中流通。干燥周期可一直继续到预定的时间段过去或到控制系统判断为衣物基本上干了。

耦合到滚筒的电动机包含输出轴，输出轴具有固定角速度或旋转速度。输出轴的旋转典型地在一端通过传动系统耦合到滚筒，以便使滚筒具有适合大多数衣物干燥情况的角速度，并在另一端耦合到使得空气流过滚筒的鼓风机。特别地，如果滚筒旋转过快，滚筒内的衣物可变得紧贴滚筒壁，而不是在滚筒中翻滚。另外，如果滚筒旋转太慢，滚筒内的衣物可保持为聚集在一起，并阻碍加热的空气在衣物中充分流动从而使衣物干燥。因此，参照其角速度来选择电动机，以便产生这样的滚筒角速度：以该速度，分均量的湿衣物在合理的时间内干燥。然而，电动机输出轴的角速度不能如将在下面阐释的那样以产生优选量气流的角速度驱动鼓风机。

鼓风机或吹风机常常包含安装在外壳内的风扇。当风扇在外壳内旋转时，空气被吸入外壳入口，并通过外壳出口排出。从外壳出口排出的空气在滚筒的出口端口产生真空，用于将空气吸过干燥器，以便接触在滚筒中翻滚的衣物。依赖于干燥周期，加热元件或加热器可被致动，以便在空气被吸入滚筒之前对空气进行加热。加热或未加热的干燥空气在湿的衣物中流通，使得湿的衣物内的水分蒸发。随着另外的干燥空气被吸入滚筒，经由吹风机，承载湿气的空气通过滚筒的废气端口从滚筒中被抽出。如本领域技术人员将会明了的那样，吹风机可被改为与上面介绍的相反地将空气吹入滚筒。

如上面提到的，电动机输出轴的角速度典型地用电动机极数和电源频率表示。在这种相对固定的值的情况下，传动系统(例如滑轮)用于产生适合使平均量的衣物翻滚的滚筒角速度。例如，干燥器可具有二(2)极线路频率电动机，其耦合到北美的六十(60)赫兹(“Hz”)电源。此电动机被配置为具有大约3600转每分钟(“rpm”)的无负载输出轴角速度。然而，即使具有传动系统，尺寸限制妨碍了此电动机可靠地旋转滚筒。特别地，由于输出轴角速度必须降低以便以优选的角速度旋转滚筒，具有非常小的直径的传动元件必须被耦合到输出轴，相对较大的传动元件必须被耦合到滚筒。动力传送装置——例如环形带——用于将输出轴上的小直径传动元件的旋转耦合到耦合到滚筒的较大传动元件。然而，为了实现优选的滚筒角速度，耦合到输出轴的传动元件可能小到不能可靠地接合环形带。另外，当吹风机以3600rpm被驱动时，其可能以某些用户感到反感的噪音水平运行。

为了解决这一问题，衣物干燥机可包含耦合到六十(60)Hz电源的四(4)极线路频率电动机。此电动机被配置为具有大约1800rpm的无负载输出轴角速度。1800rpm的角速度可快于滚筒的优选的角速度，然而，输出轴的降低的角速度(与两(2)极线路频率电动机相比)使得能以较大的输出轴传动元件获得优选的滚筒角速度，较大的输出轴传动元件更为可靠地接合环形带或其他动力传送装置。然而，1800rpm的角速度可能太低，以至于不能以产生优选的气流量的速度驱动吹风机。因此，需要第二传动装置，以便将输出轴的角速度转换为用于驱动吹风机的优选角速度。简言之，四(4)极线路频率电动机可用于既旋转衣物干燥机的吹风机又旋转滚筒，然而，需要两个传动装置以将输出轴的角速度转换为用于驱动鼓风机和旋转滚筒的优选角速度。因此，人们高度希望具有一个电动机的衣物干燥机领域的进一步的发展。

发明内容

已经开发出具有一个电动机的干燥装置，该电动机被配置为在不需要用于旋转鼓风机或衣物滚筒的传动部件的情况下以优选的角速度驱动鼓风机。干燥装置包含滚筒、吹风机、非线路频率电动机。滚筒耦合到支撑框架，以便使得滚筒相对于支撑框架的旋转成为可能。滚筒具有用于容纳一批物品——例如衣物——的内部空间。吹风机耦合到支撑框架。吹风机被配置为响应于受到电动机的驱动在滚筒的内部空间中产生气流。非线路频率电动机耦合到支撑框架，并电气耦合到非线路频率供电电压。电动机具有输出轴，其直接连接到吹风机以驱动吹风机，且耦合到滚筒以旋转滚筒。

另一种干燥装置具有可变速度电动机，其被配置为驱动鼓风机并在角速度的连续范围内旋转衣物滚筒。干燥装置包含滚筒、吹风机、非线路频率可变速度电动机以及控制器。滚筒耦合到支撑框架，以便使得滚筒相对于支撑框架的旋转成为可能。滚筒具有用于容纳一批物品——例如衣物——的内部空间。吹风机耦合到支撑框架，并被配置为响应于受到可变速度电动机的驱动在滚筒的内部空间内产生气流。非线路频率可变速度电动机包含输出轴，其在一端耦合到吹风机以驱动吹风机，且在另一端耦合到滚筒以旋转滚筒。控制器电气耦合到电动机，并被配置为至少控制输出轴的角速度，以便调节鼓风机的速度。

另一干燥装置具有一个电动机，其被耦合到控制器，以便使得加热器能够仅仅响应于电动机旋转其输出轴地被激励。干燥装置包含滚筒、吹风机、加热器、非线路频率电动机、检测元件、控制器。滚筒被耦合到支撑框架，以便使得滚筒相对于支撑框架的旋转成为可能。滚筒具有用于容纳一批物品——例如衣物——的内部空间。吹风机耦合到支撑框架，并被配置为响应于受到电动机的驱动地在滚筒内部空间内产生气流。加热器被配置为有选择地耦合到供电电压，以便使得加热器有选择地对由吹风机产生的气流进行加热。非线路频率电动机耦合到支撑框架，并电气耦合到非线路频率供电电压。电动机包含输出轴，其被配置为驱动鼓风机并对滚筒进行旋转。检测元件被配置为响应于输出轴的旋转地至少产生轴旋转信号。控制器至少电气耦合到检测元件和加热器。控制器被配置为仅仅响应于检测元件产生轴旋转信号地将加热器耦合到供电电压。

附图说明

图1为一框图，其示出了这里所介绍的干燥器装置；

图2为直接连接到用于图1的干燥器装置的鼓风机的非线路频率电动机的平面剖视图；

图3为用于图1的干燥器装置的电动机组件的透视图；

图4为用于图1的干燥器装置的非线路频率电动机的输出轴和轴承盖的平面图；以及

图5为一流程图，其示出了运行图1的干燥装置的方法。

具体实施方式

参照图1，示出了干燥装置的框图。通过使干燥空气在湿的物品中流通，干燥装置——也称为干燥器100——对湿的衣物等物品进行干燥。干燥器100可包含支撑框架(未示出)、滚筒104、吹风机108、非线路频率电动机112、加热器116、控制器120。现有技术中已知的滚筒104典型地为通常的圆柱形设备，其耦合到支撑框架，用于相对于支撑框架旋转。滚筒104具有用于容纳将被干燥的例如衣物等物品的内部空间。响应于受到电动机112的驱动，吹风机108将空气流通到滚筒104中并在物品中流通。加热器116可被激励以便对由吹风机108流通的空气进行加热。控制器120可对由吹风机108产生的气流的量以及滚筒104的角速度进行控制。下面，将详细阐释干燥器100的各个元件。

吹风机108产生通过滚筒104的气流，以便对物品进行干燥。如图2所示，吹风机108包含外壳124和风扇128。外壳124可固定地耦合到支撑框架。风扇128可被安装为用于在外壳124中旋转。风扇128可包含吹风机轴136周围的多个风扇叶132片。当吹风机轴136被旋转时，风扇叶片132将空气吸入入口140，并迫使空气从出口144出去。典型地，吹风机108产生与风扇128的角速度有关的气流。如图2所示，吹风机108可直接连接到电动机112的输出轴148。

加热器116耦合到支撑框架，以便在气流进入滚筒104之前对由吹风机108产生的气流进行加热。当加热器116耦合到供电电压152时，加热器116的至少一部分温度上升。通过对在滚筒104的湿物品中流通的空气进行加热，可减少干燥时间。在某些实施例中，加热器116可由例如气体等燃料的燃烧加热，而不是耦合到供电电压152。合适的燃料包括但不限于天然气和液体丙烷。如下面所阐释的控制器120可控制加热器116何时变为被激励。

非线路频率电动机112——其一个实施例在图3中示出——驱动吹风机108并旋转滚筒104。如这里所用的，术语“线路频率”指的是由电厂产生并在电网上分配给住宅和消费者用户的交流电流或电压的频率。例如，在北美，线路频率大约为六十(60)赫兹(“Hz”)。然而，在欧洲大部，线路频率大约为五十(50)Hz。因此，“非线路频率”电动机112为能够在耦合到具有线路频率以外的频率的交流电流信号或交流电压信号时产生转矩的电动机。能够用作非线路频率电动机的示例性电动机112包括但不限于三相受控感应电动机、永磁体电动机(有刷或无刷)、开关磁阻电动机、通用电动机。相反，仅仅可被配置为线路频率电动机的电动机包括但不限于分相电动机、永久分相式电容器电动机、罩极电动机。

电动机112的输出轴148以适合直接连接到吹风机108的角速度旋转。特别地，由于电动机112为非线路频率电动机，输出轴148可受到控制，以便以两(2)极线路频率电动机(3600转每分钟(“rpm”))和四(4)极线路频率电动机(1800rpm)的输出轴角速度之间的角速度旋转。因此，输出轴148的角速度可消除对在电动机112和吹风机108之间的传动装置的需求。另外，输出轴148的角速度可用具有被配置为可靠接合环形带或其他传动装置162的直径的输出轴传动元件耦合到滚筒104。

现在参照图2，示出了输出轴148和吹风机108之间的示例性连接。如图所示，输出轴148可插入吹风机轴136中的开口156。当输出轴148插入开口156时，输出轴148的旋转以1∶1的比耦合到吹风机轴136。具体而言，输出轴148的各个完整旋转导致风扇128在吹风机108中的完整旋转。在具有电动机112的干燥器100的实施例中，开口156和输出轴148可螺纹耦合在一起，电动机112在仅仅一个方向上旋转输出轴148。当电动机以任一方向旋转时，具有以两个方向旋转的电动机112的干燥器100的实施例可以以保持输出轴148和吹风机108之间的连接的方式直接连接。

如图3所示，输出轴148的与吹风机108相反的末端包含带接合表面160，用于将输出轴148的旋转耦合到滚筒104。如图4最好地示出的那样，带接合表面160可直接在电动机112的输出轴148上形成，以便消除对将分立的传动元件耦合到输出轴148的需要。带接合表面160可包含多个肋(rib)164和沟槽(valley)168，用于接合环形带或其他的传动装置162。肋164和沟槽168类似于用于接合环形带的已知滑轮上的肋和沟槽。

为了确保环形带保持位于带接合表面160之上，电动机112可包含具有导面176的轴承盖172。典型地，轴承盖172可安装在输出轴148周围，以便支撑输出轴承(未示出)。在已知的干燥器中，滑轮侧表面一般将环形带保持在滑轮上，然而，由于输出轴148不能装有滑轮，可能不存在对带进行引导的侧面。因此，轴承盖172已经被修改为包含导面176。读者应当注意，轴承盖172和导面176不妨碍传动元件耦合到输出轴148。

再度参照图3，电动机112和控制器120可耦合在一起，以便形成电动机组件180。电动机组件180可在一个单元中耦合到干燥器100，以便简化干燥器的组装。另外，如下面所阐释的，电动机组件180可替代已有干燥器中的另一电动机组件。特别地，电动机组件180可替代已有干衣机中的非功能性电动机。另外，电动机组件可替代已有干衣机中的功能性电动机，以便通过以增大的角速度旋转吹风机108来修改干衣机的干燥性能。

电动机组件180的控制器120至少控制电动机112的输出轴148的角速度。如图1所示，控制器120可耦合到线路频率供电电压152。控制器120包含如现有技术中已知的频率发生器184，用于将线路频率供电电压152转换为用于对电动机112进行驱动的非线路频率电动机电压。如前面提到的，在北美，供电电压152典型地具有大约六十(60)Hz的频率。在非限制性实例中，频率发生器184可产生具有九十(90)Hz的频率的电动机电压，其适合以2700rpm的无负载角速度驱动四(4)极非线路频率电动机112。

频率发生器184也可产生具有连续可变频率的电动机电压。例如，在非限制性实例中，频率发生器184可产生具有连续地从大约零(0)Hz到五百(500)Hz的范围内的频率的电动机电压。由控制器120产生的可变频率电动机电压可被耦合到非线路频率可变速度电动机112，用于在预定范围内控制电动机112的输出轴148的角速度。这样的控制器可逐渐增大输出轴148的角速度，以便提供用于干燥器100的“软启动”特征。常常，当干燥周期开始时，干燥器的电动机耦合到这样的电压信号：其使得电动机输出轴148的角速度非常迅速地增大。角速度的突然增大可加压力于皮带以及耦合到电动机的其他传动元件。为了使得传动元件上的压力最小化，控制器120可通过响应于干燥器启动信号调节提供到电动机的电力信号的幅度和频率的比来缓慢增大可变速度电动机112的输出轴148的角速度。缓慢增大角速度的示例性方式为，在频率发生器184从较低频率到较高的运行频率的情况下，逐渐增大电动机电压的频率。示例性的软启动周期可能需要几秒，以便将输出轴148从零(0)角速度引至运行角速度。输出轴148的软启动使得皮带、传动元件以及将电动机组件180固定到干燥器100的支撑框架的电动机支架(未示出)上的压力最小化。

控制器120也可增大或减小输出轴148的角速度，以便控制由吹风机108产生的气流量，以及精确地控制滚筒104的角速度，补偿电动机与同步速度之间的任何滑差(slippage)。例如，控制器120的某些实施例可被耦合到用户接口188，用户接口188具有一个或多于一个的输入装置，用于选择高负载或低负载。当以低负载模式运行时，例如具有较少或较轻的衣物时，控制器120可产生具有相对较低频率的电动机电压，以便与平常相比较慢地旋转电动机，因为在减小的负载下，电动机倾向于更加接近于同步速度旋转。当以高负载模式运行时，控制器120可产生具有相对较高频率的电动机电压，以便与平常相比较快地旋转电动机，因为在增大的负载下，电动机将倾向于更加低于同步速度旋转。这些模式用于校正由于负载引起的与优选滚筒速度之间的电动机滑差。另外，用户接口188可包含输入装置，用于沿着连续的负载范围选择干燥器速度。由于吹风机风扇128和滚筒104由同一电动机112驱动，吹风机气流和滚筒速度不能在此实施例中独立地受到控制。

负载传感器192可包含在控制器120中，用于确定电动机的当前负载，其涉及滚筒104中的衣物的质量。负载传感器192产生表示电动机上的负载的信号。控制器120可响应于由负载传感器192产生的信号来调节输出轴148的角速度。例如，如果负载传感器192指示相对较重的负载已经被放入滚筒104，控制器120可调节吹风机108和滚筒104的速度，以便保证滚筒的优选速度得到保持，无论负载如何。如图1所示，负载传感器192在某些实施例中不耦合到滚筒104。因此，除其他量以外，通过检测电动机112的角速度和/或通过由电动机112吸取的电流，负载传感器192可确定滚筒104中的负载的质量。

控制器120也可包含吹风机传感器196，用于确定吹风机108是否正在产生气流。为了检测干燥器100故障，控制器120可监视来自吹风机108的气流。具体而言，吹风机检测器196可产生表示吹风机108正在产生气流的信号。如果信号表示吹风机108正在产生气流，控制器120可有选择地将加热器116耦合到供电电压152。然而，如果信号表示吹风机108并非正在产生气流，控制器120不能将加热器116耦合到供电电压152。另外，当吹风机传感器196产生表示吹风机108并非正在产生气流的信号时，控制器120可激励表示干燥器100已遇到故障并应由技术人员进行专业维护的声明器(enunciator)。

滚筒传感器200可被包含在控制器120中，用于确定滚筒104是否正在旋转。滚筒传感器200产生表示滚筒104的旋转的信号。当信号表示滚筒104正在旋转时，干燥器100可正常运行。然而，当电动机112的输出轴148正在旋转且信号表示滚筒104并非正在旋转时，控制器120将不把加热器116耦合到供电电压152，并将关闭电动机112，因为滚筒104并非正在旋转。另外，当滚筒传感器200产生表示滚筒104并非正在旋转的信号时，控制器120可激励表示干燥器100已遇到故障且应当由技术人员进行专业维修的声明器。例如，除其他原因以外，滚筒104可能由于断裂的环形带或锁住或卡住的滚筒而不能旋转。

控制器120可以以第一与第二方向运行滚筒104和电动机112。响应于电动机112以第一方向运行，滚筒104在一方向使得物品在滚筒内翻滚。响应于电动机112以第二方向运行，滚筒104以相反的方向使物品在滚筒内翻滚，用于控制物品在旋转滚筒104中的移动，例如用于减少物品的缠结和起皱。用户接口188可包含输入装置，其允许用户选择一个或多于一个的滚筒旋转选项。另外，控制器120可被配置为，取决于干燥周期，在前向和相反滚筒旋转之间自动交替。

图1所示的干燥器100部件实现了图5的流程图所示的对干燥器进行控制的方法500。特别地，方法500将原本设计为用线路频率电动机运行的干燥器配置为用非线路频率电动机组件180运行。电动机组件180可替代有缺陷的线路频率电动机。或者，电动机组件180可替代运行的线路频率电动机，以便增大吹风机风扇128的角速度，并改变干燥性能。如图5的步骤504所示，线路频率供电电压152可从干燥器解耦合。接着，如步骤508所示，线路频率电动机或线路频率电动机单元可从干燥器移除，以便露出电动机空间(未示出)。该电动机空间是在干燥器支撑框架界限内先前由线路频率电动机或线路频率电动机单元占据的体积。

接着，如图5的步骤512所示，电动机组件180可耦合到干燥器的支撑框架。电动机组件180的尺寸被设计为安装在多种类型的干燥器的电动机空间内。因此，电动机组件180可由来自多个制造商和分销商的干燥器使用。如步骤516所示，电动机组件180的非线路频率电动机112的输出轴148可被耦合到干燥器的已有吹风机108以及已有滚筒104。依赖于实施方式，输出轴148可直接连接到吹风机108，以便如上所述地产生增大的气流。或者，输出轴148可耦合到已有的传动装置，以便驱动吹风机108。输出轴148可包含在输出轴148上直接形成的带接合表面160，以便接合耦合到滚筒104的环形带。

在非线路频率电动机112的输出轴148已经耦合到吹风机108和滚筒104之后，线路频率供电电压152可耦合到干燥器。特别地，如图5的步骤520所示，线路频率供电电压152可耦合到控制器120。接着，如图5的步骤524和528所示，控制器120可产生非线路频率电动机电压，其被耦合到电动机112以驱动电动机112的输出轴148，如上面详细所介绍的那样。在某些示例性实施例中，控制器120所产生的电动机电压具有三相电压信号，但在不脱离本发明的范围的情况下，可使用其他的相数。因此，方法500使用电动机组件180的“混入(drop-in)”性能，以便维修或升级已有的干燥器100。

本领域技术人员将会明了，可对上面介绍的具体实施方式进行多种修改。因此，所附权利要求书不限于上面示出和介绍的具体实施例。原始提出的以及可能修改的权利要求书包括这里公开的教导和实施例的变型、替换、修改、改进、等同、实质等同，包括当前未预见和未知的在内，例如可由发明人、专利权人和其他人想到的。

Claims (10)

1.一种用于使干燥物品翻滚的干燥装置，干燥装置包含：

滚筒，其耦合到支撑框架，以便使能滚筒的旋转，滚筒具有内部空间；

吹风机，其耦合到支撑框架，吹风机被配置为响应于受到电动机的驱动在滚筒的内部空间中产生气流；以及

非线路频率电动机，其耦合到支撑框架，并电气耦合到非线路频率供电电压，电动机具有输出轴，输出轴直接连接到吹风机以驱动吹风机，并耦合到滚筒以旋转滚筒。

2.根据权利要求1的干燥装置，吹风机还包含：

风扇元件，其直接连接到输出轴的末端，风扇元件被配置为以等于输出轴角速度的角速度在吹风机外壳中旋转。

3.根据权利要求1的干燥装置，还包含：

带接合表面，其可与电动机输出轴一起旋转，带接合表面被配置为接合环形带，环形带被配置为将输出轴的旋转耦合到滚筒，

其中，带接合表面直接在电动机的输出轴上形成。

4.一种用于使干燥物品翻滚的干燥装置，干燥装置包含：

滚筒，其耦合到支撑框架，以便使能滚筒的旋转，滚筒具有内部空间；

吹风机，其耦合到支撑框架，吹风机被配置为响应于受到电动机的驱动在滚筒的内部空间中产生气流；

非线路频率可变速度电动机，其具有输出轴，输出轴在一端耦合到吹风机以驱动吹风机，并在另一端耦合到滚筒以旋转滚筒；以及

控制器，其电气耦合到电动机，控制器被配置为至少控制输出轴的角速度。

5.根据权利要求4的干燥装置，控制器被配置为响应于启动信号逐渐增大输出轴的角速度。

6.根据权利要求4的干燥装置，控制器被配置为响应于干燥装置以滚筒内部空间内的第一质量运行地使得输出轴以第一角速度旋转，控制器被配置为响应于干燥装置以滚筒内部空间内的第二质量运行地使得输出轴以第一角速度旋转，第二质量大于第一质量。

7.根据权利要求4的干燥装置，控制器具有负载检测元件，负载检测元件被配置为产生表示滚筒内负载的质量的至少一个信号，控制器被配置为响应于由负载检测元件产生的所述至少一个信号来控制输出轴的角速度。

8.根据权利要求4的干燥装置，控制器电气耦合到线路频率供电电压，控制器被配置为产生非线路频率供电电压，非线路频率供电电压被配置为耦合到电动机。

9.一种用于使干燥物品翻滚的干燥装置，干燥装置包含：

滚筒，其耦合到支撑框架，以便使能滚筒的旋转，滚筒具有内部空间；

吹风机，其耦合到支撑框架，吹风机被配置为响应于受到电动机的驱动在滚筒的内部空间中产生气流；

加热器，其被配置为有选择地耦合到供电电压，加热器被配置为响应于加热器被耦合到供电电压地对由吹风机所产生的气流进行加热；

非线路频率电动机，其耦合到支撑框架并电气耦合到非线路频率供电电压，电动机具有输出轴，输出轴被配置为在一端连接到吹风机，并在另一端耦合到滚筒；

第一检测元件，其被配置为响应于输出轴的旋转地至少产生轴旋转信号；

控制器，其至少电气耦合到电动机和加热器，控制器被配置为仅仅响应于第一检测元件产生轴旋转信号地将加热器耦合到供电电压。

10.根据权利要求9的干燥装置，其还包含：

第二检测元件，其被配置为响应于滚筒旋转地至少产生滚筒旋转信号，控制器进一步被配置为仅仅响应于第二检测元件产生滚筒旋转信号地将加热器耦合到供电电压。

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