CN104949607A

CN104949607A - 一种传感器及应用该传感器的洗衣机

Info

Publication number: CN104949607A
Application number: CN201510271744.1A
Authority: CN
Inventors: 张文伟
Original assignee: Suzhou Cent Gram Observation And Control Technology Co Ltd
Current assignee: Suzhou Cent Gram Observation And Control Technology Co Ltd
Priority date: 2015-05-25
Filing date: 2015-05-25
Publication date: 2015-09-30

Abstract

本发明涉及家电领域，具体涉及一种传感器及应用该传感器的洗衣机。所述传感器，包括一个磁性元件以及三个磁感应元件，所述磁性元件用于提供磁场，三个磁感应元件分别用于感应磁性元件在X轴、Y轴、Z轴方向上的磁场变化，并将磁场变化的信号转换为电信号。所述传感器结构简单、成本低、可靠性高。本发明所述的洗衣机包括所述的传感器，磁性元件设置在筒体的外壁上，各磁感应元件设置在箱体的内壁上；还包括微控制器，微控制器根据接收到的来自各磁感应元件发出的电信号控制电机的工作模式。洗衣机能够完全杜绝筒体与箱体发生碰撞的可能，而且，结构简单、制造成本低；同时，不需要终止洗涤过程，可靠性高、使用方便。

Description

一种传感器及应用该传感器的洗衣机

技术领域

本发明涉及家电领域，具体涉及一种位置传感器以及应用该传感器的洗衣机。

背景技术

洗衣机是利用电能产生机械作用来洗涤衣物的清洁电器，主要由箱体、洗涤脱水桶(洗涤桶和脱水桶可分开)、传动和控制系统等组成。根据工作原理的不同，洗衣机一般分为波轮洗衣机和滚筒洗衣机，波轮洗衣机主要由波轮在洗涤脱水桶内转动从而产生流场进而实现清洁衣物的作用，滚筒洗衣机则是通过洗涤脱水桶旋转使得衣物在滚筒中不断被提升、摔下从而实现清洁衣物的作用。

然而，由于洗涤过程中洗涤衣物在桶内分布不均匀，极易导致承载衣物的洗涤脱水桶在离心力的作用下撞向箱体，无论是滚筒洗衣机还是波轮洗衣机，都会出现洗衣机撞桶(洗涤脱水桶与箱体相撞)的现象。轻者，会产生不愉快的碰撞噪声以及导致洗衣机移动；重者，会损坏洗衣机、损毁周围家具，甚至伤到周围的人。

目前的解决方案主要有：一、在机器壳体的内部最易碰撞的位置安装微型机械开关，当外筒碰到该开关时，自动切断电机电源，从而避免进一步撞桶。二、利用加速度传感器、转速传感器、质量传感器等传感器，经过复杂的运算，获知洗涤脱水桶的偏心运动，来预知撞桶，并告知电机做相应的调整动作。

第一种解决方案中，由于洗涤脱水桶运动不规则，不易找到一个固定的撞桶位置，而安装多个微型机械开关则会降低监控的可靠度，且增加成本。同时，即使微动开关被成功触发且切断电机电源，这也会导致水、洗涤液和时间的浪费。第二种解决方案，可以克服现有微型机械开关的缺陷，但需要多套传感器组合应用，成本高、算法复杂，可靠性低。

发明内容

为此，本发明所要解决的是现有防撞桶洗衣机成本高、可靠性低的问题，从而提供一种位置传感器以及应用该传感器的能有效节约成本、且可靠度高的防撞桶洗衣机。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明所述的一种传感器，包括一个磁性元件以及三个磁感应元件，所述磁性元件用于提供磁场，三个所述磁感应元件分别用于感应所述磁性元件在X轴、Y轴以及Z轴方向上的磁场变化，并将所述磁场变化的信号转换为电信号。

所述磁性元件为截面为圆形或方形的条形磁铁，且磁化方向为所述磁性元件的纵轴轴向。

所述磁感应元件为霍尔传感器、各向异性磁电阻传感器、巨磁阻效应传感器、隧穿磁阻效应传感器中的一种。

所述磁性元件与各所述磁感应元件之间的间距0.5mm～60mm。

各所述磁感应元件之间的间距不大于3mm。

本发明所述的一种传感器还包括用于感测环境温度的温度传感元件与可编程芯片，所述可编程芯片根据所述温度传感元件检测到的温度补偿环境温度对传感器精度的影响。

本发明所述的一种洗衣机，包括箱体、通过连接机构悬吊在所述箱体内部的筒体、将电能转化为带动所述筒体内进行机械作用的电机，所述筒体用于洗涤和/或脱水，还包括所述的传感器，所述磁性元件设置在所述筒体的外壁上，各所述磁感应元件设置在所述箱体的内壁上；还包括微控制器，所述微控制器根据接收到的来自各所述磁感应元件发出的电信号控制所述电机的工作模式。

所述磁性元件的磁化方向与所述筒体的重心方向平行。

所述连接机构包括至少两个弹性吊装组件和/或至少两个支承组件。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1、本发明所述的一种传感器，包括一个磁性元件以及三个磁感应元件，所述磁性元件用于提供磁场，三个所述磁感应元件分别用于感应所述磁性元件在X轴、Y轴以及Z轴方向上的磁场变化，并将所述磁场变化的信号转换为电信号。所述传感器结构简单、成本低、可靠性高。

2、本发明所述的一种传感器，还包括用于感测环境温度的温度传感元件与可编程芯片，所述可编程芯片根据所述温度传感元件检测到的温度补偿环境温度对传感器精度的影响，以获得在全温度应用范围的最高测量精度。最大限度提高了所述传感器的灵敏度和可靠性。

3、本发明所述的一种洗衣机，包括箱体、通过连接机构悬吊在所述箱体内部的筒体、将电能转化为带动所述筒体内进行机械作用的电机，所述筒体用于洗涤和/或脱水，还包括所述的传感器，所述磁性元件设置在所述筒体的外壁上，各所述磁感应元件设置在所述箱体的内壁上；还包括微控制器，所述微控制器根据接收到的来自各所述磁感应元件发出的电信号控制所述电机的工作模式。所述洗衣机能够完全杜绝所述筒体与所述箱体发生碰撞的可能，而且，结构简单、制造成本低；同时，不需要终止洗涤过程，可靠性高、使用方便。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明实施例1中所述的传感器的结构图；

图2是本发明实施例2中所述的波轮式洗衣机的正视图；

图3是本发明实施例3中所述的滚筒式洗衣机的正视图；

图中附图标记表示为：A-第一物体、B-第二物体、1-磁性元件、21-第一磁感应元件、22-第二磁感应元件、23-第三磁感应元件、3-箱体、4-筒体、51-第一吊装组件、52-第二吊装组件、53-第三吊装组件、54-第四吊装组件、61-第一支承组件、62-第二支承组件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本发明的构思充分传达给本领域技术人员，本发明将仅由权利要求来限定。在附图中，为了清晰起见，会夸大各元件和各构件的尺寸和相对尺寸。

实施例1

本实施例提供一种传感器，如图1所示，所述传感器包括设置在第一物体A上的一个磁性元件1以及设置在第二物体B上的第一磁感应元件21、第二磁感应元件22、第三磁感应元件23，所述磁性元件1用于提供磁场，各所述磁感应元件21、22、23分别用于感应所述磁性元件1在X轴、Y轴以及Z轴方向上的磁场变化，并将所述磁场变化的信号转换为电信号。

作为本发明的优选实施例，所述磁性元件1、所述磁感应元件21、22、23分别设置在所述第一物体A和第二物体B彼此靠近的侧壁上，以增加所述磁感应元件21、22、23对所述磁性元件1磁场变化的感应灵敏度。

本实施例中，所述磁性元件1优选为截面为方形的条形磁铁，且磁化方向为轴向，作为本发明的可变换实施例，所述磁性元件1可以为任意形状，均可以实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。

各所述磁感应元件21、22、23分别独立选自但不限于霍尔传感器、各向异性磁电阻(AMR)传感器、巨磁阻效应(GMR)传感器、隧穿磁阻效应(TMR)传感器中的一种，TMR传感器的磁敏感性最高、GMR传感器次之，AMR传感器再次之，霍尔传感器最低，四者分别具有不同的温度系数，在实际应用中可根据所述磁性元件1的材料来匹配磁感应元件的类型，以保证在温度范围内-40℃～180℃内获得最稳定的输出。本实施例中优选为隧穿磁阻效应传感器。

因为，不同磁铁材料的温度系数不同，优选地，所述传感器还包括温度传感元件和可编程芯片，所述传感器安装后，所述可编程芯片根据所述温度传感元件检测到的温度最大限度地补偿高低温对输出的影响，以获得在全温度应用范围的最高测量精度。

本实施例中，所述磁性元件1与各所述磁感应元件21、22、23之间应该有一定的间距，所述间距为0.5mm～60mm。各所述磁感应元件21、22、23之间的间距不大于3mm，以保证检测的灵敏度。优选地，各所述磁感应元件21、22、23可以集成在同一硅基上，以缩小所述传感器的尺寸，以更精确的测试所述筒体4相对所述箱体3的运动位置。

实施例2

本实施例提供一种波轮式洗衣机，如图2所示，包括箱体3、通过连接机构悬吊在所述箱体3内部的筒体4、将电能转化为带动所述筒体内进行机械作用的电机(图中未示出)，所述筒体4用于洗涤和/或脱水。

如图2所示，本实施例中，所述连接结构包括第一吊装组件51、第二吊装组件52、第三吊装组件53以及第四吊装组件54，各所述吊装组件51、52、53、54将所述筒体4吊装在所述箱体3内部。各所述吊装组件51、52、53、54均具有弹性，选自但不限于拉簧等弹性件，以缓冲所述洗衣机工作时所述筒体4与所述箱体3之间的应力。

所述洗衣机还包括所述的传感器，所述磁性元件1设置在所述筒体的外壁上，各所述磁感应元件21、22、23设置在所述箱体3的内壁上。所述洗衣机工作时，由于所清洗的衣物在离心力的作用下会导致所述筒体4发生晃动或振动，在晃动或者振动的过程中，设置在所述筒体4外壁的所述磁性元件1随之发生磁场变化。此时，由各所述磁感应元件21、22、23分别感应所述磁性元件1在X轴、Y轴以及Z轴方向上的磁场变化，根据公式(1)、(2)、(3)可以获知所述磁性元件1在X轴、Y轴以及Z轴方向上的位置变化d_x、d_y、d_z，因为XY平面为撞桶面(即所述筒体4与所述箱体3的碰撞面)，根据公式(4)可以获知所述磁性元件1在XY平面内的相对位移d_xy；

d_x＝f(B_x) (1)；

d_y＝f(B_y) (2)；

d_z＝f(B_z) (3)；

d_{xy} = \sqrt{{(d_{x} - X_{0})}^{2} + {(d_{y} - Y_{0})}^{2}} - - - (4);

其中，d_x为所述磁性元件1在X轴方向上的相对位移、d_y为所述磁性元件1在Y轴方向上的相对位移、d_z为所述磁性元件1在Z轴方向上的相对位移、d_xy为所述磁性元件1在XY平面内的相对位移、B_x为所述磁性元件1在X轴方向上的磁感应强度变化值、B_y为所述磁性元件1在Y轴方向上的磁感应强度变化值、B_z为所述磁性元件1在Z轴方向上的磁感应强度变化值、X₀为所述筒体4在没有负载和离心力作用时所述磁性元件1与所述第一磁感应元件21的距离、Y₀为所述筒体4在没有负载和离心力作用时所述磁性元件1与所述第二磁感应元件22的距离。

根据不同洗衣机的结构，X轴、Y轴以及Z轴方向上都有不同的阈值d_xth、d_yth、d_zth，当在各方向上的相对位移等于对应阈值时，表明所述筒体4与所述箱体3相撞，与各所述阈值越接近表示越接近撞桶。因此，本发明所述的洗衣机能够通过不同方向上的相对位移来预测撞桶趋势。各所述磁感应元件21、22、23能够将所述磁场变化的信号转换为电信号，通过设置在所述洗衣机中的微控制器进行采集并控制所述电机的工作模式(如转速、转动方向等参数)，以保证所述磁性元件1在各个方向上的相对位移d_x、d_y、d_z均小于各对应阈值d_xth、d_yth、d_zth，从而完全杜绝所述筒体4与所述箱体3发生碰撞的可能，同时，不需要终止洗涤过程，可靠性高、使用方便。

作为本发明的可变换实施例，所述传感器还可以仅包括所述第一磁感应元件21、所述第二磁感应元件22、第三磁感应元件23中的任意一个或任意两个，仅在一维或二维方向上初略测量偏心度，以降低传感器成本，同样可以实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。

作为本发明的优选实施例，所述磁性元件1的磁化方向与所述筒体4的重心方向平行，以保证所述筒体4中加入衣物后，所述磁性元件1和所述磁感应元件21、22的间距与所述筒体4在没有负载和离心力作用时所述磁性元件1和所述磁感应元件21、22的间距相同，以保证感应的准确度。

为了保证所述传感器的测量精度，所述筒体4与所述箱体3之间的最小间距为0.5mm。各所述磁感应元件21、22、23之间的间距不大于3mm。理想情况下，所述磁感应元件21、22、23之间的间距应为0，这样所述传感器可以测得准确测量所述磁性元件1相对于所述磁感应元件21、22、23中心的三维距离。若所述磁感应元件21、22、23之间的间距大于0，则所述磁感应元件21、22、23将会测量所述磁性元件1在空间3个不同位置的磁场强度，即测量磁铁相对3个不同位置的距离，由于磁铁的性质和桶壁的形状不同，就会导致测量误差。本实施例中，各所述磁感应元件21、22、23之间的间距不大于3mm时，相应的测量误差可以忽略不计，从而增大了避免所述筒体4与所述箱体3相撞的可靠性。

作为本发明的优选实施例，所述磁性元件1与各所述磁感应元件21、22、23对应设置在所述筒体4与所述箱体3最接近处。

实施例3

本实施例提供一种滚筒式洗衣机，该洗衣机包括如实施例1中所述的传感器。如图3所示，所述洗衣机包括箱体3、通过连接机构悬吊在所述箱体3内部的筒体4、将电能转化为带动所述筒体内进行机械作用的电机(图中未示出)，所述筒体4用于洗涤和/或脱水。相比于实施例2，本实施例的不同之处在于，所述连接机构包括第一吊装组件51、第二吊装组件52以及第一支承组件61和第二支承组件62，所述第一组件51与第二吊装组件52均具有弹性，选自但不限于拉簧等弹性件，对称设置在所述筒体4的垂直上方将所述筒体4悬吊在所述箱体3内，所述第一支承组件61和所述第二支承组件62对称设置在所述筒体4的垂直正下方，用于支承所述筒体4。

虽然在实施例2、3中以波轮式和滚筒式洗衣机为例进行说明，但是本发明并非局限于此，本领域技术人员也可以采用其他形式的洗衣机作为本发明传感器的应用对象。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims

1.一种传感器，其特征在于，包括一个磁性元件以及三个磁感应元件，所述磁性元件用于提供磁场，三个所述磁感应元件分别用于感应所述磁性元件在X轴、Y轴以及Z轴方向上的磁场变化，并将所述磁场变化的信号转换为电信号。

2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述磁性元件为截面为圆形或方形的条形磁铁，且磁化方向为所述磁性元件的纵轴轴向。

3.根据权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，所述磁感应元件为霍尔传感器、各向异性磁电阻(AMR)传感器、巨磁阻效应(GMR)传感器、隧穿磁阻效应(TMR)传感器中的一种。

4.根据权利要求1-3任一项所述的传感器，其特征在于，所述磁性元件与各所述磁感应元件之间的间距0.5mm～60mm。

5.根据权利要求1-4任一项所述的传感器，其特征在于，各所述磁感应元件之间的间距不大于3mm。

6.根据权利要求1-5任一项所述的传感器，其特征在于，还包括用于感测环境温度的温度传感元件与可编程芯片，所述可编程芯片根据所述温度传感元件检测到的温度补偿环境温度对传感器精度的影响。

7.一种洗衣机，包括箱体、通过连接机构悬吊在所述箱体内部的筒体、将电能转化为带动所述筒体内进行机械作用的电机，所述筒体用于洗涤和/或脱水，其特征在于，还包括权利要求1-6任一项所述的传感器，所述磁性元件设置在所述筒体的外壁上，各所述磁感应元件设置在所述箱体的内壁上；还包括微控制器，所述微控制器根据接收到的来自各所述磁感应元件发出的电信号控制所述电机的工作模式。

8.根据权利要求7所述的洗衣机，其特征在于，所述磁性元件的磁化方向与所述筒体的重心方向平行。

9.根据权利要求7或8所述的洗衣机，其特征在于，所述连接机构包括至少两个弹性吊装组件和/或至少两个支承组件。