CN104452191A - 一种离合器及离合器控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离合器，尤其是用于洗衣机的电磁离合器，提供了一种离合器优化结构，离合器控制方法，以及带有该离合器的洗衣机的控制方法。本发明解决了洗衣机在长期工作下容易发生失效的技术问题。

Description

一种离合器及离合器控制方法

技术领域

本发明属于离合器领域，具体地说涉及一种洗衣机离合器的结构改进和改离合器的控制方法。 

背景技术

减速离合器（简称离合器）是全自动洗衣机的心脏，是洗衣机洗涤和脱水相互转换的关键部件，工作时可实现洗涤和脱水两种功能。现有的离合器常常因为结构设计上的不合理，导致离合器结合时不能正确进入卡槽内，使得不能正常进行工作，以及随着长时间的洗涤过程后，由于电磁离合器的线圈温度升高，导致电磁离合器的吸合力下降，进而使得离合器失效。 

发明内容

洗衣机的波轮与驱动轴固连，内桶与驱动轴套固连，洗衣机的主要工作状态分为洗涤工况和脱水工况，当洗衣机处于洗涤工况时，电磁线圈处于带电状态，离合齿圈在电磁线圈的磁吸作用下克服弹簧向上滑动，离合齿圈与内齿圈处于脱离状态，此时直驱电机带动驱动轴旋转，驱动轴驱动波轮转动的同时带动内齿圈转动，内齿圈带动行星齿轮自转，行星齿轮再带动外齿圈转动，外齿圈带动驱动轴套转动，由于通过行星齿轮的过渡，外齿圈与内齿圈的转动方向相反，使得驱动轴与驱动轴套相对反向转动，从而形成了洗衣机在一个动力源下的波轮与内桶的双向旋转。 

当洗衣机处于脱水工况时，电磁线圈停止带电，离合齿圈在弹簧的和自身重力的作用下向下滑动，离合齿圈下端的插齿插入插槽盘的插槽中，离合齿圈与插槽盘锁定，也就是与驱动轴锁定，离合齿圈与行星轮保持架的啮合关系以及行星齿轮与内齿圈、外齿圈的啮合关系，使得内齿圈与外齿圈之间被锁定，驱动轴与驱动轴同向转动，从而形成了洗衣机在一个动力源下的波轮与内桶的同向旋转。 

而在在连续全程序运行过程中离合器由于不吸合而引起单向旋转，或由于在找正程序离合器没有找进槽里，而在洗涤程序时找进槽里而产生的嗒嗒声。离合器在长时间连续运行过程中而产生的失效。 

进一步地，为了提高离合器工作吸合的可靠性，在结构上做改进。同时采用改变电磁离合器的电压，进而实现改变离合器吸合力，其确保离合器能够正常工作。 

进一步地，提供了一种含有该离合器的洗衣机洗衣流程控制。 

进一步地，提供了一种防止离合器失效控制设备和方法。 

附图说明

图1为洗衣机离合器的示意图； 

图2为现有技术的离合器整体托盘；

图3为本发明的改进的离合器整体托盘；

图4为现有技术的离合器减震圈；

图5为本发明的改进的离合器减震圈；

图6为现有技术的减震圈装入离合齿圈后的效果图；

图7为本发明的改进的减震圈装入离合齿圈后的效果图；

图8为现有技术的离合器驱动齿盘；

图9为本发明的改进的离合器驱动齿盘；

图10为电磁离合器磁场示意图。

具体实施例

下面参照附图，对本发明所涉及的离合器、控制装置、控制方法以及实验进行说明。 

本发明所涉及的洗衣机，其具有电磁离合器，参见附图1，其中洗衣机的波轮与驱动轴固连，内桶与驱动轴套固连，洗衣机的主要工作状态分为洗涤工况和脱水工况，当洗衣机处于洗涤工况时，电磁线圈处于带电状态，离合齿圈在电磁线圈的磁吸作用下克服弹簧向上滑动，离合齿圈与内齿圈处于脱离状态，此时直驱电机带动驱动轴旋转，驱动轴驱动波轮转动的同时带动内齿圈转动，内齿圈带动行星齿轮自转，行星齿轮再带动外齿圈转动，外齿圈带动驱动轴套转动，由于通过行星齿轮的过渡，外齿圈与内齿圈的转动方向相反，使得驱动轴与驱动轴套相对反向转动，从而形成了洗衣机在一个动力源下的波轮与内桶的双向旋转。 

当洗衣机处于脱水工况时，电磁线圈停止带电，离合齿圈在弹簧的和自身重力的作用下向下滑动，离合齿圈下端的插齿插入插槽盘的插槽中，离合齿圈与插槽盘锁定，也就是与驱动轴锁定，离合齿圈与行星轮保持架的啮合关系以及行星齿轮与内齿圈、外齿圈的啮合关系，使得内齿圈与外齿圈之间被锁定，驱动轴与驱动轴同向转动，从而形成了洗衣机在一个动力源下的波轮与内桶的同向旋转。 

为了克服噪音，本发明对离合器托盘进行改进。参见附图2，附图2为现有技术的离合器托盘，其与离合齿圈的齿形接触面积A较小，强度较小。参见附图3，附图3为本发明的改进的托盘，离合器托盘中的离合齿圈，中心具有有齿形连接孔1，其沿圆周均匀布置有径向朝中心的托盘结合齿2，托盘结合齿2具有向圆心凸出的凸出部3，凸出部3两侧有垂直向上延伸的接触面B，两侧接触面相对，两者之间形成凹槽4。此设计使得离合齿圈的齿形接触面变得更大，更可靠，减小因撞击减震圈而产生的磨损。 

参见附图4，附图4为现有技术的减震圈，期离合齿圈齿形较小。参见附图5，附图5为本发明的离合器减震圈，其外侧沿圆周均匀形成有与离合齿圈的结合齿相配合的减震圈结合齿5。离合器减震圈和离合齿圈具有同一个圆心，托盘结合齿2的个数等于减震圈结合齿5的个数，每个减震圈结合齿5具有朝下的三个凸起，其中中间的凸起与两侧的凸起形成有两个凹槽，整个第二结合齿呈倒立的“山”形。也就是说改进后的减震圈注塑出齿形并包住离合齿圈齿形。 

参见附图6、7，图6为现有技术的减震圈装入离合齿圈后的效果图；图7为本发明的改进的减震圈装入离合齿圈后的效果图； 

参见附图7，在装配时，减震圈结合齿与离合齿圈结合齿相配合。减震圈结合齿两个凹槽套装在离合齿圈结合齿的两个向上延伸的接触面。

更改后整体托盘使离合齿圈的齿形接触面积变的更大，减小因撞击减震圈（塑料件）而产生磨损，增加了离合器的可靠性，延长了使用寿命。 

进一步地，本发明对驱动盘进行改进。 

参见附图8现有的驱动齿齿面较高，高于驱动齿盘的基面，齿槽较浅。 

参见附图9，本发明的驱动齿盘中心套有驱动轴6，具有驱动齿盘的基面8，外侧沿圆周分布有多个驱动齿，驱动齿为外圆周上凹凸布置的齿7，其中凹齿为凹槽形式。所述驱动齿盘齿面与基面处在同一个平面，同时齿槽加深，使得啮合面增加。齿槽的深度优选为驱动齿盘齿面厚度的1/2~2/3，优选地，降低的尺寸为1mm,同时加深的尺寸也为1mm。 

除了在结构上做改进，同时可以采用实验的方法改变离合器工作状况，有效减少离合器失效。经生产和使用过程中可以知道，其中当电磁离合器在长时间洗涤条件下，由于电磁线圈温度会不断上升，使得电磁线圈的电阻上升，使得离合器吸合力降低。 

为了进一步优化洗衣机离合器产品，对于离合器的吸合力降低，本发明采用了多组测试和实验方法，具体阐述如下： 

（1）环境试验室测试：

电机装入整机后在+23℃环境温度时，洗衣机连续洗涤线圈的温度曲线图，蓝色为线圈温度曲线，其中线圈最高温度为109摄氏度，阻值243Ω，线圈在23℃时的电阻为184Ω。

电阻的理论计算： 

R0 / R1 = ( T + C0 ) / ( T+C1 )  ——公式（1）

其中R0为初始电阻，C0为初始温度；

R1为温升后的电阻，C1为温升后的温度；

T为电阻温度常数（铜线取235，铝线取225）；

本实验采用的是铝线，T取225；

当： R0 = 181  C0 =25  C1 =109

R1 = 184 X 334 / 248 = 247.8 Ω  实测为243 Ω。

（2）测试离合吸合最小拉力模拟试验： 

实验器材：

调压器，拉力记，万用表，线圈等；

实验方法：

用两个串联起来的可调电阻，模拟电阻的变化量，然后通直流电，将离合齿圈与拉力计用线连接，开启电源，向上移动拉力计，直到离合齿圈脱开，记录下最小拉力数值。下图为实测电压和实测模拟电阻阻值。

实验结果：电压为DC93V、电阻为246欧时，拉力计显示33N。 

离合器的吸合的临界点在3.3Kgf左右。 

理论计算： 

参见附图10，磁场示意图： 

电磁力F的计算公式： 

F=6.4X10^-8(IW)² ——公式（2） 

I为激磁电流量（安）； 

W线圈匝数；本实验线圈匝数为1400； 

δ为气隙长度（厘米）； 

g为单位长度漏磁导； 

μ_c为空气的导磁系数； 

r为铁芯半径(厘米)； 

z为最低点吸合距离（厘米）； 

Lc铁芯边缘到磁轭内壁的距离（厘米）； 

其中z=Lc-δ。 

　 

 表1

表1为现有技术以及改进后的离合器在不同电压下的电磁吸合力的数据分析表；

μ_o为空气的导磁系数，等于1.25X10^-5亨/厘米；

F临为离合器吸合临界点的力的大小；

其中升力F升=F-F临；

1）编号实验1、2是现有技术理论计算结果。

常态温度20℃，线圈最高温度11℃； 

根据公式（1）可以得到：

R1 =R0/[（225+C0）/（225+C1）]=180/ (245/335) = 246 Ω；

当电压DC90V（设计最高吸合电压为90V）时计算结果；

实验1：当电压为DC90V电阻为180欧时，其升力为：9.85-3.3=6.55Kgf

实验2：当电压为DC90V电阻为246欧时，其升力为：5.27-3.3=1.97Kgf

2）编号实验3、4是本发明采用的新型离合器结构设计理论计算结果。

常态温度20℃，线圈最高温度110℃； 

常态温度20℃，线圈最高温度110℃；

根据公式（1）可以得到：

R1 =R0/[（225+C0）/（225+C1）]=180/ (245/335) = 246 Ω；

当电压DC90V（设计最高吸合电压为90V）时计算结果：

实验3：当电压为DC90V电阻为180欧时，其升力为：6.59-3.3=3.29Kgf

实验4：当电压为DC90V电阻为246欧时，其升力为：3.53-3.3=0.23Kgf

通过实验3、4，在相同条件下，更改设计后的离合吸力比最初设计的离合吸力小。而在连续洗涤过程中，由于离合线圈发热导致离合线圈电阻上升，电流下降，离合吸力下降，导致该故障隐患。

优选地，采用通过提升离合吸合电压来解决该隐患。 

3）编号实验5、6是根据本发明的离合器结构，按最不利条件下100%的设计裕量来确定吸合电压： 

常态温度20℃，线圈最高温度11℃；

根据公式（1）可以得到：

R1 =R0/[（225+C0）/（225+C1）]=180/ (245/335) = 246 Ω；

即当电压DC125V（新设计最高吸合电压为125V）时计算结果：

实验5：当电压为DC125V电阻为180欧时，其升力为12.56-3.3=9.26Kgf

实验6：当电压为DC125V电阻为246欧时，其升力为：6.81-3.3=3.51Kgf

4）编号实验7为最恶劣条件下的设计裕量进一步验证

取最严酷条件，离合电阻取上限185欧，环境温度40度，此时离合线圈最高温度为126度，此条件下离合线圈的最高阻值；

R= 185 X（225+126）/（225+20）=265欧

此时升力为：5.86-3.3=2.56Kgf

设计裕量为77.6%

本发明的离合器与现有技术离合器电压调整前后理论计算结果比较，

结论：1.新结构老电压在最不利状态下的设计裕量不足。

2.目前已确定的改善方案（新结构新电压）比老方案的设计裕量更大，更可靠。 

3.即使在恶劣的高温条件下，同样能够实现足够的设计裕量，确保离合器工作的可靠性。 

综上计算和试验结果，确定采用本发明的电磁离合器结构的洗衣流程控制方案如下： 

漆包铝线型号JXMW35A，规格AWG29#,1400匝，阻值180欧（20℃）

吸合电压时线圈电流I=90V/180Ω=0.5A

保持电压时线圈电流I=50V/180Ω=0.277A

1. 吸合程序

A点：先给DC90V电压，抖动3S

B点：电压升至DC110V，抖动3S

C点：电压升至DC125，保持3S

D点：电压降至90V，找正啮合齿位。电机转动15RPM，左右转各5S

E点：电压拉升至DC130V，电机以15RPM单向转动5S，开始正常洗涤程序

F点：保持15S后将至50V，并保持至洗涤程序结束

ABCDEF为时间点。

2. 脱水程序 

接到上位机脱水信号后，电压降至0V，并抖动2S

电机转动15RPM，正反转动各3S

找正后结束停止，等待上位机发脱水旋转指令。

3. 抖动程序 

电机正反转动10RPM，正负转动时间40ms。

基于本发明离合器的洗衣机，为了更好地对离合器机械控制，本发明还提供了洗衣机离合器吸合控制装置。 

对于离合器不吸合，只会短时间单向旋转，不至于水甩出桶外，本发明的离合器吸合控制装置，能够确保洗衣机正常使用。 

洗衣机具有离合器吸合控制装置，包括有： 

控制器，对离合器的整个吸合进行控制；

其中控制器包括以下单元：

检测单元，在离合器吸合动作完成后，对离合器吸合状态进行检测，检测单元检测停止时间或换向时间；

判定单元，在检测满足当停止时间大于1s或换向时间超过500ms的条件时，判定离合器未吸合；

执行单元，用于执行控制器发出的动作指令，使得供给不同的电压给电磁离合器，以产生电磁力。

而采用该控制装置的控制方法为： 

该方法包括：

检测步骤，在离合器吸合动作完成后，对离合器吸合状态进行检测，检测单元检测停止时间或换向时间；

判定步骤，在检测满足当停止时间大于1s或换向时间超过500ms的条件时，判定离合器未吸合；

执行步骤，用于执行控制器发出的动作指令，使得供给不同的电压给电磁离合器，以产生电磁力。

以及判定单元将判定结果传输给控制器， 

若判定离合器未吸合，控制器发送重新动作指令，进行保护重新动作；

若四次判定均未吸合，控制器发送增大电压指令；

增大电压之后，控制器发出离合器吸合动作指令；

检测单元、判定单元，继续进行检测判定步骤；若仍不能完成吸合作用，则继续增大电压，直至离合器控制吸合。

优选地，每次增大电压的幅度为20V。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明专利范围所做的同等变化与修饰，皆落入本发明专利涵盖的范围。 

Claims (17)

1.一种离合器结构，其具有离合器托盘，离合器托盘中具有离合齿圈，中心具有有齿形连接孔，其沿圆周均匀布置有径向朝中心的托盘结合齿，托盘结合齿具有向圆心凸出的凸出部，凸出部两侧有垂直向上延伸的接触面，两侧接触面相对，两者之间形成凹槽。

2.根据权利要求1所述的离合器结构，其特征在于，所述托盘结合齿个数为6个。

3.根据权利要求1或2所述的离合器结构，其特征在于，从俯视角度看，所述凸出部呈方形或梯形。

4.一种离合器结构，其包括离合器减震圈、离合齿圈，所述减震圈外侧沿圆周均匀形成有与离合齿圈的结合齿相配合的减震圈结合齿，离合器减震圈和离合齿圈具有同一个圆心。

5.根据权利要求4所述的离合器结构，其特征在于，所述减震圈结合齿具有朝下的三个凸起，其中中间的凸起与两侧的凸起形成有两个凹槽，整个减震圈结合齿呈倒立的“山”形，所述减震圈形成齿形并包住离合齿圈齿形。

6.根据权利要求4或5所述的离合器结构，其特征在于，该离合器结构具有托盘结合齿，减震圈结合齿的个数与盘结合齿的个数相等。

7.一种离合器结构，其具有离合器托盘，离合器托盘中具有离合齿圈，中心具有有齿形连接孔，其沿圆周均匀布置有径向朝中心的托盘结合齿，托盘结合齿具有向圆心凸出的凸出部，凸出部两侧有垂直向上延伸的接触面，两侧接触面相对，两者之间形成凹槽； 

该离合器结构还包括离合器减震圈、离合齿圈，所述减震圈外侧沿圆周均匀形成有与离合齿圈的结合齿相配合的减震圈结合齿，离合器减震圈和离合齿圈具有同一个圆心。

8.根据权利要求7所述的离合器结构，其特征在于，所述托盘结合齿个数为6个。

9.根据权利要求7或8所述的离合器结构，其特征在于，从俯视角度看，所述凸出部呈方形或梯形。

10.根据权利要求7所述的离合器结构，其特征在于，所述减震圈结合齿具有朝下的三个凸起，其中中间的凸起与两侧的凸起形成有两个凹槽，整个减震圈结合齿呈倒立的“山”形，所述减震圈形成齿形并包住离合齿圈齿形。

11.根据权利要求7或10所述的离合器结构，其特征在于，该离合器结构具有托盘结合齿，减震圈结合齿的个数与盘结合齿的个数相等。

12.一种离合器结构，该结构具有驱动齿盘，驱动齿盘中心套有驱动轴，还包括驱动齿盘的基面，外侧沿圆周分布有多个驱动齿，驱动齿为外圆周上凹凸布置的齿，其中凹齿为凹槽形式，所述驱动齿盘齿面与基面处在同一个平面，同时齿槽加深，使得啮合面增加。

13.根据权利要求12的离合器结构，其特征在于，齿槽的深度为驱动齿盘齿面厚度的1/2~2/3。

14.一种洗衣机，其具有根据权利要求1-13之一所述的离合器结构。

15.一种控制权利要求14所述洗衣机的离合器控制方法，该方法包括以下步骤：

1．吸合步骤：

A：先给DC90V电压，抖动3S；

B：电压升至DC110V，抖动3S；

C：电压升至DC125，保持3S；

D：电压降至90V，找正啮合齿位；

电机转动15RPM，左右转各5S；

E：电压拉升至DC130V，电机以15RPM单向转动5S，开始正常洗涤程序；

F：保持15S后将至50V，并保持至洗涤程序结束；

ABCDEF为顺序时间点；

2． 脱水步骤：

接到上位机脱水信号后，电压降至0V，并抖动2S；

然后电机转动15RPM，正反转动各3S；

在离合器找正后结束停止，等待上位机发脱水旋转指令；

3．抖动步骤：

电机正反转动10RPM，正负转动时间40ms。

16.一种离合器吸合控制装置，包括如权利要求1-13之一所述的离合器，改装置包括：

控制器，对离合器的整个吸合进行控制；

其中控制器包括以下单元：

检测单元，在离合器吸合动作完成后，对离合器吸合状态进行检测，检测单元检测停止时间或换向时间；

判定单元，在检测满足当停止时间大于1s或换向时间超过500ms的条件时，判定离合器未吸合；

执行单元，用于执行控制器发出的动作指令，使得供给不同的电压给电磁离合器，以产生电磁力。

17.一种用于如权利要求16所述离合器吸合控制装置的吸合控制方法，

该方法包括：

检测步骤，在离合器吸合动作完成后，对离合器吸合状态进行检测，检测单元检测停止时间或换向时间；

判定步骤，在检测满足当停止时间大于1s或换向时间超过500ms的条件时，判定离合器未吸合；

执行步骤，用于执行控制器发出的动作指令，使得供给不同的电压给电磁离合器，以产生电磁力；

以及判定单元将判定结果传输给控制器，

若判定离合器未吸合，控制器发送重新动作指令，进行保护重新动作；

若四次判定均未吸合，控制器发送增大电压指令；

增大电压之后，控制器发出离合器吸合动作指令；

检测单元、判定单元，继续进行检测判定步骤；若仍不能完成吸合作用，则继续增大电压，直至离合器控制吸合。