CN104727084A - 离合器可靠性提升系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明首先发现带离合圈的离合器因连续使用导致电磁线圈过热是离合器失效的主要原因。并为此提出一种离合器可靠性提升系统，该系统对加载的吸合电压可以调整，通过保证电磁铁对离合圈的提升力的冗余值，来确保离合器吸合的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于离合器领域，具体的说涉及一种洗衣机的离合器可靠性提升系统及该系统的使用方法。
背景技术
离合器传动设计中，可靠性的设计通常需要重点的关注，一种现有技术中的离合器，该离合器包括离合圈，离合圈具有环柱状本体，该本体在驱动设备的驱动下能够以其轴线为中心旋转，本体的轴向两个端部分别具有用于与负载的第一传动模块和第二传动模块相啮合的第一啮合部和第二啮合部，离合器根据工况的需要选择两个啮合部之一将驱动设备的动力传输到负载的第一传动模块或第二传动模块。
这种带离合圈的离合器具有广泛的用应，比如实用新型专利CN202164461U详细给出了这种离合器在双动力洗衣机上的应用，但在实际的使用中，发现该种离合器传动的可靠性达不到设计要求，具体表现为离合器的电磁线圈经常吸合失效，导致洗衣机洗涤动作失败，洗涤程序紊乱，但由于洗衣机洗涤动作中涉及大量的、复杂的参数，本领域技术人员很难从众多数据中分离出有益数据从而获知离合器失效的原因。
发明内容
首先，本发明的目是提出上述带离合圈类型的离合器因连续使用导致电磁线圈过热是离合器失效的主要原因。
本发明的另一个目的是提出一种离合器可靠性提升系统，该系统可以对离合器电磁铁线圈的吸合电压进行控制，从而达到提升可靠性的目的。
为此，给出如下技术方案：
一种离合器包括离合圈，离合圈具有环柱状本体，本体的轴向两个端部分别具有用于与负载的第一传动模块和第二传动模块相啮合的第一啮合部和第二啮合部，离合器根据工况的需要选择与第一传动模块或第二传动模块啮合，并将驱动设备的动力传输到负载的第一传动模块或第二传动模块；
离合器还包括至少一块电磁铁，该电磁铁能够驱动离合圈的本体沿其轴向运动从而与负载的第一传动模块或第二传动模块相啮合；
控制部，控制部对电磁铁上加载的吸合电压进行控制；
其特征在于，控制部调整作用在电磁铁线圈上吸合电压，为了使离合器能在高温下可靠吸合，控制部使电磁铁线圈产生提升力F提满足如下公式：
F提=F吸-F临 ；
及，冗余值=F提/F临>126%；
其中，F吸——离合线圈产生的吸合力；
F临——离合线圈对离合圈的临界吸合值。
更优选为，离合圈本体的第一啮合部和第二啮合部均为齿形结构，负载的第一传动模块和第二传动模块具有与齿形结构对应设置的槽。
更优选为，所述的齿形结构为直齿、梯型齿、半圆型齿或锥型齿，所述的槽与齿形相适应。
更优选为，所述离合器可靠性提升系统应用于双动力洗衣机，即负载为双动力洗衣机，离合器的电磁铁为一块，离合圈在电磁铁的吸合作用下被向上驱动与负载的第一传动模块相啮合，当电磁铁失电时，离合圈下落，与负载的第二传动模块相啮合，所述的第一传动模块和第二传动模块分别对应于双动力洗衣机的洗涤工况和脱水工况。
更优选为，加载在所述电磁铁线圈上的电压在40~130V之间，电磁线圈匝数为1400匝，离合圈在提升力作用下，上升距离为0.45~0.55cm，离合线圈工作温度范围为室温至135℃。
更优选为，加载在所述电磁铁线圈上的电压分吸合电压和保持压电两种，吸合电压优选为80~125V，保持电压优选为40~60V。
更优选为，所述的冗余值在140%~160%范围内。
更优选为，所述的冗余值在146%~149%范围内。
更优选为，所述的冗余值为147%范围。
更优选为，控制部预设有若干组电磁铁线圈电阻值与吸合电压之间的对应数据，或电磁铁线圈中电流值与吸合电压之间的对应数据，控制部能够对电磁铁线圈的电阻值与电流值进行测定并得到电阻值或电流值，根据预设的对应数据，选择施加的吸合电压从而保证可靠吸合。
一种离合器可靠性提升的方法，其使用如前述系统所述的离合器可靠性提升系统，预设一高电压值，在该高电压值下能够确保离合器在最高理论温度下可靠吸合，吸合电压控制部先给电磁铁线圈加载该高电压值，之后机身抖动找正。
更优选为，如果离合器吸合成功，吸合电压控制部将电磁铁线圈上的电压降至吸合保持水平；如果离合器吸合操作失败，重复吸合、找正动作预定次数，若吸合次数超过预定次数，则报警或停机。
一种离合器可靠性提升的方法，其使用如前述的离合器可靠性提升系统，控制部调整加载在电磁铁线圈上的电压时，至少使用两个不同的电压先后对电磁铁线圈进行激励，每次激励后，机身有一抖动找正动作。
更优选为，控制部先给电磁铁线圈在常温下即能可靠吸合离合圈的第一吸合电压，之后机身抖动找正；再给电磁铁线圈在可能达到的最高温理论值下能可靠吸合离合圈的第二吸合电压，之后机身抖动找正。
更优选为，第一吸合电压值与第二吸合电压值之间，控制部预设多个电压值对电磁铁线圈进行激励，每次激励之后均机身抖动找正。
更优选为，如果离合器吸合成功，控制部将电磁铁线圈上的电压降至吸合保持水平；如果离合器吸合操作失败，重复吸合、找正动作预定次数，若吸合次数超过预定次数，则报警或停机。
一种离合器可靠性提升的方法，其使用如前述的离合器可靠性提升系统，其特征在于，控制部调整加载在电磁铁线圈上的电压前，对电磁铁的电流或电阻进行检测，根据检测结果与预设的对应数据进行比较并确定出吸合电压值激励电磁铁线圈，之后机身抖动找正。
更优选为，如果离合器吸合成功，控制部将电磁铁线圈上的电压降至吸合保持水平；如果离合器吸合操作失败，重复吸合、找正动作预定次数，若吸合次数超过预定次数，则报警或停机。
本发明的有益效果如下：
1．本发明首先发现了离合器中电磁铁线圈因为连续使用产生高温，导致电磁线圈电阻上升，整体的吸合功率下降，引起了离合器失效，进而采用电压冗余设计克服上述技术问题。因此，本发明认识到本领域尚未认识到的技术问题，并给出了新的解决离合器失效的构思。
2．本发明采用变电压控制设计，在离合器电磁铁吸合操作过程中，在考虑电压冗余设计的同时，考虑到节约电能，并通过大量实验得出冗余量的最优端点，降低了使用成本。
3．本发明对电磁线圈的电流或电阻的检测来对电磁线圈的温度间接的主动检测，提高了可靠性提升系统的工作效率，使整个离合器吸合过程耗时耗能更少，进一步提升了用户体验舒适度。
附图说明：
图1为离合器中电磁铁提升力的计算表格。
图2为本发明中离合器可靠性提升方法的第一实施例流程图。
图3为本发明中离合器可靠性提升方法的第二实施例流程图。
图4为本发明中离合器可靠性提升方法的第三实施例流程图。
具体实施方式
参考附图，通过阅读下面作为非限制性例子而给出的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将变得明显。
现有技术中的一种离合器，该离合器包括离合圈，离合圈具有环柱状本体，该本体在驱动设备的驱动下能够以其轴线为中心旋转，本体的轴向两个端部分别具有用于与负载的第一传动模块和第二传动模块相啮合的第一啮合部和第二啮合部。引证文献实用新型专利CN202164461U公开了一种离合机构，从中可知，其公开的复合离合圈实质就是离合器中的离合圈，第一传动模块对应洗涤工况，第二传动模块对应脱水工况，该离合机构是双动力洗衣机的离合机构，离合器本体两端的两个啮合部均为齿形结构，
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力作用下向上滑动，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。通过各种实验，排除了大量的无关参数和数据后发现，是由于洗衣机连续洗涤，使离合器离合线圈温度上升，从而导致离合线圈的电阻上升，在施加的吸合电压不变的情况下，离合线圈的吸合功率降低，导致离合器工作异常，如引起的单向旋转或因在找正程序离合器没有准确的进入槽内，在洗涤程序中进入槽里而发出“嗒”、“嗒”的声音。
一般来说，离合线圈的自身电阻R与温度之间遵守如下经验公式：
R0/R1=（T+C0）/（T+C1） ——公式（1），
其中，R0——初始电阻；
C0——初始温度；
R1——升温后的电阻；
C1——升温后的温度。
T——电阻温度常数（铜线取235，铝线取225）
比如，铝线电圈T=225，C0=25℃，R0=181Ω，温度升为C1=109℃时，R1=247.8Ω。
电磁力F的计算公式：
——公式（2）。
从该公式中可知，影响电磁力的主要因素为电流和吸合距离，下面通过实验来验证本发明离合器可靠性提升系统的有益效果，选择一个吸合临界点为3.3kgf的离合器（在吸合电压为DC93V，电阻为246Ω时实测得），则离合器电磁铁提升力为F提=F吸-3.3kgf。
图1为6组实验数据表格，其中，
U——离合器电磁铁线圈上加载的电压，V；
I——离合器电磁铁线圈中电流强度，A；
W——离合器电磁铁线圈匝数；
b——离合器离合圈边缘到磁轭外圈的距离，cm；
r——离合器离合圈半径，cm；
h-——离合器电磁铁线圈高度，cm;
δ——工作气隙长度，cm；
且，h=δ+L。
由实验1-2中看出，在90V电压下，离合器因连续的工作，温度上升，导致F吸从10.562kgf变为1.805kgf，导致F提严重不足；实验3-4中，出于降低吸合撞击噪音考虑，将δ进一步加长，调整为0.55cm，这进一步降低了离合器在高温下的F提，为了提高离合器整体的可靠性，在实验5-6中提高了吸合电压，将电压从90v升为125V，I也随之改变，经过调整，离合器电磁铁在常温和高温下分别有317%和126%的设计冗余，可见大大增加了离合系统的可靠性。上述实验证明采用了提高吸合电压的离合器可靠性提升系统能够有效的解决现有技术中离合器在高温下失效的技术问题。
在实验中测得，而为了兼顾可靠性和生产成本及使用成本，发明人在常温和高温下测试了一系列的吸合电压值，通过一系列的实验对比证明，离合器设计冗余值>126%时，其可靠性大为改善，能够达到国家标准，但低于该值时，系统的可靠性难于达到设计要求，将冗余值设定在140%~160%范围内较为合理，结综合考虑，最优冗余值为147%。由于前面详述了F吸的计算过程，本领域技术人员可以通过适当的改变吸合电压值来获得期望的冗余数据，这为常规计算，不再赘述。
针对上述的系统，提出该系统的使用方法，如图2所示，在系统中先预设一高电压值，在该高电压值下能够确保离合器在最高理论温度下可靠吸合，选择该高电压值来激励电磁线圈，控制部先给电磁铁线圈加载该高电压值，之后机身抖动找正。这样就能消除高温对离合器的不良影响。可以理解的是，可以多次使用该高电压值对电磁铁线圈进行激励，抖动找正，再进行离合器吸合判断。该实施例有效的解决了离合器吸合失败的技术问题，但由于一直使用高电压激励电磁铁，耗能较高，对于洗衣机离合器来说，有效的吸合电压只是吸合动作成功的一方面，还需要配合一定次数的抖动才能可靠吸合，因此如果多次加电压、抖动，必然会消耗大量的电能，因此，该技术方案还有很大改进的空间。
作为上述技术方案的进一步优选方案，本申请给出一种更低能耗的离合器可靠性提升系统。当前国家出台的关于家电的能耗标准越趋严格，在考虑可靠性的同时，还要考虑到系统的能耗问题，防止出现可靠性过剩及电能浪费。于是提出如下离合器可靠性提升的控制方法，参见图3，即不一直使用较高的吸合电压，在离合器电磁铁吸合操作开始时，先使用常温下即能的可靠吸合的吸合电压（第一吸合电压），之后抖动找正；再给电磁铁线圈在可能达到的最高温理论值下能可靠吸合离合圈的第二吸合电压，之后机身抖动找正。这样设计的原因是，离合器一般需要多次找正后才能确保准确吸合，而洗衣机的洗涤状态是未知的，如果洗衣机为初始启动其电磁线圈为常温，用较低的吸合电压即可成功吸合，比如图1中的90V；再用高温时使用吸合电压（第二吸合电压）来执行吸合操作，因此，在离合器可靠性提升的控制方法设计中，采用了不同吸合电压来执行吸合操作，既能保证可靠性，又能节约电能。进一步，控制部在第一吸合电压和第二吸合电压数值范围中选取多个电压，多次吸合、抖动，电压值及次数的选取由实际的情况的常规选择，比如逐步提高吸合电压；也可以采用吸合电压反复的升高和降低的方法，比如对于引证文献所述的离合器，离合器吸合程序开始时，先加载90V的吸合电压，抖动找正；再将电压升到110V，抖动找正；再将电压升到125V，抖动找正；将电压降至90V，再次找正齿位，电动机开始左右短时间试转动，再将电压升高到130V，试转动，然后电动机进入正入运转模式。当洗衣机进入脱水状态时，电磁铁失电，电压为0V，抖动找正，电机短时间试转动，找正结束后进入指定运转模式，电压降至保持电压。
参见图4，作为上述方法的进一步优选方案，所述的离合器可靠性提升系统的控制部还能对电磁铁线圈中的电流和电阻进行检测，由于电磁铁的温度与其电流或电阻相关，所以在实际的操作中，经常通过测量电磁铁中的电流或电阻来推导温度值，因此，控制部中存有预先设定的电流或电阻与吸合电压对应的参考值，该预先设定参考值能够确保离合器在某一温度下以吸合成功率高于某个概率的标准完成吸合操作，控制部根据参考值选择加载在电磁铁线圈上的电压。这样更进一步的提高离合器吸合操作的成功率，减少吸合次数，并节约电能，操作人员无需更长时间的等待即可进入后续的操作。可以理解的是，可以多次使用该高电压值对电磁铁线圈进行激励，抖动找正，再进行离合器吸合判断。
正如前面所说，离合器一般需要多次找正后才能确保准确吸合，因此，本领域技术人员可理解的是，前述的几个可靠性提升方法在判断得知离合器吸合失败后可重复吸合、抖动找正，具体次数是可以根据实际需要选择的。
优选实施例已经图示和描述了。显然，其它技术人员阅读和理解上面详细描述后将会想出各种修改和改变。本发明应被认为包括如此的修改和改变，只要它们落入附后权利要求书和其等价物的范围之内。
Claims (18)
1.一种离合器可靠性提升系统，其中，
离合器包括离合圈，离合圈具有环柱状本体，本体的轴向两个端部分别具有用于与负载的第一传动模块和第二传动模块相啮合的第一啮合部和第二啮合部，离合器根据工况的需要选择与第一传动模块或第二传动模块啮合，并将驱动设备的动力传输到负载的第一传动模块或第二传动模块；
离合器还包括至少一块电磁铁，该电磁铁能够驱动离合圈的本体沿其轴向运动从而与负载的第一传动模块或第二传动模块相啮合；
控制部，控制部对电磁铁上加载的吸合电压进行控制；
其特征在于，控制部调整作用在电磁铁线圈上吸合电压，为了使离合器能在高温下可靠吸合，控制部使电磁铁线圈产生提升力F提满足如下公式：
F提=F吸-F临 ；
及，冗余值=F提/F临>126%；
其中，F吸——离合线圈产生的吸合力；
F临——离合线圈对离合圈的临界吸合值。
2.根据权利要求1所述的离合器可靠性提升系统，其特征在于，离合圈本体的第一啮合部和第二啮合部均为齿形结构，负载的第一传动模块和第二传动模块具有与齿形结构对应设置的槽。
3.根据前述权利要求或前述权利要求任意一项所述的离合器可靠性提升系统，所述的齿形结构为直齿、梯型齿、半圆型齿或锥型齿，所述的槽与齿形相适应。
4.根据前述权利要求或前述权利要求任意一项所述的离合器可靠性提升系统，所述离合器可靠性提升系统应用于双动力洗衣机，即负载为双动力洗衣机，离合器的电磁铁为一块，离合圈在电磁铁的吸合作用下被向上驱动与负载的第一传动模块相啮合，当电磁铁失电时，离合圈下落，与负载的第二传动模块相啮合，所述的第一传动模块和第二传动模块分别对应于双动力洗衣机的洗涤工况和脱水工况。
5.根据前述权利要求或前述权利要求任意一项所述的离合器可靠性提升系统，加载在所述电磁铁线圈上的电压在40~130V之间，电磁线圈匝数为1400匝，离合圈在提升力作用下，上升距离为0.45~0.55cm，离合线圈工作温度范围为室温至135℃。
6.根据前述权利要求或前述权利要求任意一项所述的离合器可靠性提升系统，加载在所述电磁铁线圈上的电压分吸合电压和保持压电两种，吸合电压优选为80~125V，保持电压优选为40~60V。
7.根据前述权利要求或前述权利要求任意一项所述的离合器可靠性提升系统，所述的冗余值在140%~160%范围内。
8.根据前述权利要求或前述权利要求任意一项所述的离合器可靠性提升系统，所述的冗余值在146%~149%范围内。
9.根据前述权利要求或前述权利要求任意一项所述的离合器可靠性提升系统，所述的冗余值为147%范围。
10.根据前述权利要求或前述权利要求任意一项所述的离合器可靠性提升系统，控制部预设有若干组电磁铁线圈电阻值与吸合电压之间的对应数据，或电磁铁线圈中电流值与吸合电压之间的对应数据，控制部能够对电磁铁线圈的电阻或电流进行测定并得到电阻值或电流值，根据预设的对应数据，选择施加的吸合电压从而保证可靠吸合。
11.一种离合器可靠性提升的方法，其使用如权利要求1-10所述的离合器可靠性提升系统，其特征在于，预设一高电压值，在该高电压值下能够确保离合器在最高理论温度下可靠吸合，控制部先给电磁铁线圈加载该高电压值，之后机身抖动找正。
12.根据权利要求11所述的离合器可靠性提升的方法，其特征在于，如果离合器吸合成功，控制部将电磁铁线圈上的电压降至吸合保持水平；如果离合器吸合操作失败，重复吸合、找正动作预定次数，若吸合次数超过预定次数，则报警或停机。
13.一种离合器可靠性提升的方法，其使用权利要求1-10所述的离合器可靠性提升系统，其特征在于，控制部调整加载在电磁铁线圈上的电压时，至少使用两个不同的电压先后对电磁铁线圈进行激励，每次激励后，机身有一抖动找正动作。
14.根据权利要求13所述的离合器可靠性提升的方法，其特征在于，控制部先给电磁铁线圈在常温下即能可靠吸合离合圈的第一吸合电压，之后机身抖动找正；再给电磁铁线圈在可能达到的最高温理论值下能可靠吸合离合圈的第二吸合电压，之后机身抖动找正。
15.根据权利要求13-14所述的离合器可靠性提升的方法，其特征在于，第一吸合电压值与第二吸合电压值之间，控制部预设多个电压值对电磁铁线圈进行激励，每次激励之后均机身抖动找正。
16.根据权利要求13-15所述的离合器可靠性提升的方法，其特征在于，如果离合器吸合成功，控制部将电磁铁线圈上的电压降至吸合保持水平；如果离合器吸合操作失败，重复吸合、找正动作预定次数，若吸合次数超过预定次数，则报警或停机。
17.一种离合器可靠性提升的方法，其使用如权利要求1-10所述的离合器可靠性提升系统，其特征在于，控制部调整加载在电磁铁线圈上的电压前，对电磁铁的电流或电阻进行检测，根据检测结果与预设的对应数据进行比较并确定出吸合电压值激励电磁铁线圈，之后机身抖动找正。
18.根据权利要求17所述的离合器可靠性提升的方法，其特征在于，如果离合器吸合成功，控制部将电磁铁线圈上的电压降至吸合保持水平；如果离合器吸合操作失败，重复吸合、找正动作预定次数，若吸合次数超过预定次数，则报警或停机。
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| CN1146610A (zh) * | 1995-09-26 | 1997-04-02 | 张一平 | 磁力离合器 |
| JP2001017778A (ja) * | 1999-07-07 | 2001-01-23 | Hitachi Ltd | 全自動洗濯機 |
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