CN1085271C - 直接连接式洗衣机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

直接连接式洗衣机及其控制方法。所述洗衣机的开关磁阻洗涤马达的转轴与波轮和脱水桶的转轴相连。所述洗衣机具有安装在脱水桶内的波轮，该波轮在洗涤过程中正向或反向旋转从而搅动衣物，该洗衣机包括：洗涤马达，具有与脱水桶和波轮连接的铜芯转轴，且能产生旋转力；减速部分，以恒定的比例降低由洗涤马达产生的旋转力的转速；连接转换部分，在洗涤过程中，通过将减速部分与洗涤马达的转轴连接，从而与波轮的转轴连接，在脱水步骤中，洗涤马达的转轴不与减速部分连接，而直接连接到脱水桶的转轴上。

Description

直接连接式洗衣机及其控制方法

本发明涉及一种直接连接式洗衣机及其控制方法。更具体地说，涉及一种具有开关磁阻马达(switched reluctance motor)(下文称为SR马达)的直接连接式洗衣机及其脱水控制方法，这种直接连接式洗衣机的洗涤马达的转轴与波轮和脱水桶二者的转轴相连。

以下是采用磁阻马达的常规工艺。

首先，于1992年2月12日申请的题目为“高速磁阻马达”的美国专利5,3412,076涉及一种小型磁阻马达，这种马达以高速和高转矩旋转，并且消除了振动。

1993年2月17日申请的美国专利5,373,206包括：一个用于测试转子状态的单独传感器，一个测试器，该测试器用于输出来自单独传感器和驱动信号的状态测试信号，以及一个脉冲发生电路，该电路接收上述状态测试信号，然后向每个相励磁电路发出驱动控制脉冲。该美国专利5,373,206仅根据一个状态测试传感器提供状态测试故障信号，因此降低了生产成本。

此外，1993年2月10日申请的日本专利公开平6-245580提供了一种没有状态测试信号噪音的恒速马达。

现参照附图简述常规的洗衣机。

图9示出了已有技术领域中洗衣机的剖面图；并且

图10示出了已有技术领域中轴组件的剖面图。

如图9所示，已有技术领域中的洗衣机包括：安装在外壳1内部的圆柱形洗涤桶2；安装在洗涤桶2内可旋转的脱水桶3，脱水桶3具有多个孔3a，这些孔可以使水不断地流入洗涤桶2，而且衣物盛在脱水桶3内；安装在脱水桶3的底部用于搅动衣物可旋转的波轮4；安装在靠近洗涤桶2下部外侧的洗涤马达5，它产生旋转力以使脱水桶3正向或反向旋转；安装在脱水桶3底部中心的轴组件7；以及皮带9，它把与洗涤马达5的转轴相连的皮带轮6和与轴组件的转轴相连的皮带轮8连接起来。

图9所示的标号10是离合器分离杆。标号11是排水管。标号11a是排水阀。

如图10所示，轴组件7详细地讲包括皮带轮8、第一轴12、行星齿轮13、第二轴14、离合器分离杆10、离合器弹簧15、外壳筒部件16、以及连接部件17。

现阐述上述结构常规洗衣机的运作。

参考图9和图10，漂洗步骤中的运作如下。

皮带轮8接受来自洗涤马达5的旋转力并将每分钟的转速(下文称为转速)降低到约为原来的一半。然后这种降低后的转速通过第一轴12传递给行星齿轮13，该齿轮再次降低了转速。相反，第二轴14把行星齿轮13减小后的转矩传递给波轮4，从而搅动衣物。

下面参考图9和图10，脱水步骤的运作如下。

当离合器分离杆10被电磁阀控制时，离合器弹簧15被绕紧。这时，整个外壳筒部件16使皮带轮8旋转。因此，洗涤马达4的转矩由连接部件17直接传递给脱水桶3而没有被行星轮13减小，所以使脱水桶3以高速旋转。

由于已有技术是靠离合器及制动装置在洗涤功能和脱水功能之间进行转换，因而这类洗衣机的结构和装配工序很复杂。此外，洗涤马达的转轴未与脱水桶的转轴直接相连，会导致偏心，因此在脱水步骤中产生噪音。

因此，本发明涉及一种直接连接式洗衣机及其控制方法，基本上避免了由于相关技术的局限性和缺点造成的上述的一种或多种问题。

本发明的目的是提供一种直接连接式洗衣机及其控制方法，通过将洗涤马达的转轴与波轮和脱水桶的转轴连接在一起从而简化了这种洗衣机的结构和装配工序，并且在起动洗涤马达前或后独立地控制脱水功能，从而防止产生噪音。

为达到这一目的和其它目的，本发明的直接连接式洗衣机包括：

洗涤马达，具有产生旋转力并与脱水桶相连的铜芯转轴；

减速部分，以恒定的比例降低由洗涤马达产生的转速；以及

连接转换部分，在洗涤过程中，它通过将减速部分连接到洗涤马达的转轴上从而使该连接转换部分与波轮的转轴相连，而在脱水步骤中，洗涤马达转轴与减速部分不相连，而将该连接转换部分直接连接到脱水桶的转轴上。

这种直接连接式洗衣机(该洗衣机具有一个带有相检测部分的洗涤马达，相检测部分用于测试相对于洗涤马达的每个定子绕组转子的状态)的控制方法包括以下步骤：

判断是否正在执行脱水步骤；

当正在执行脱水步骤时检测洗涤马达的转速；

当洗涤马达在低于恒定的起动转速旋转时，相对地增加每个定子绕组的导电时间；并且

当洗涤马达以高于恒定的起动转速旋转时，相对地缩短每个定子绕组的导电时间。

现参考附图更详细地阐述本发明的优选实施例，其中：

图1示出了本发明的直接连接式洗衣机轴组件的剖面图；

图2示出了本发明SR马达的剖面图；

图3A至3C所绘的波形表现图2所示的定子和转子之间电感的相位关系；

图4是一示意图，说明了本发明优选实施例的直接连接式洗衣机的操作控制器；

图5是图4所示的洗涤马达驱动装置的详细电路图；

图6是本发明优选实施例的直接连接式洗衣机执行脱水步骤时采用的控制方法的流程图；

图7所示波形说明了当开始驱动本发明优选实施例的直接连接式洗衣机时每相绕组的导电图形；

图8所示波形说明了本发明优选实施例的直接连接式洗衣机被驱动后每相绕组的导电图形；

图9示出了已有技术领域中洗衣机的剖面图；以及

图10示出了已有技术领域中轴组件的剖面图。

参照附图和以下的详细描述本发明的优选实施方案将变得更显然。

如图1所示，本发明的直接连接式洗衣机包括：

安装在盛水桶20内的脱水桶21；

安装在脱水桶21底部可旋转的波轮30；

固定在盛水桶20下侧中心的洗涤马达22，该马达具有一个与脱水桶21和波轮30相连的铜芯转轴，并产生旋转力；

圆筒26，安装在洗涤马达22的内顶部，以恒定比例减小由洗涤马达产生的旋转力；以及

连接转换杆32，在洗涤过程中，通过使圆筒26与洗涤马达22的转轴相连，将该杆连接到波轮30的转轴上；在脱水过程中，洗涤马达22的转轴不与圆筒26相连接，而使该杆直接连接到脱水桶21的转轴上。

参照图6，本发明的直接连接式洗衣机的脱水控制方法包括：

步骤S1，判断是否正在执行脱水步骤；

步骤S2，当正在执行脱水步骤时测定洗涤马达的转速；

正常转速判断步骤S3，用于判断马达是否按预定的正常转速旋转；

起动转速判断步骤S4，如果马达未按步骤S3的正常转速旋转，判断其转速是否超过恒定起动转速；

第二马达驱动步骤S6，如果马达转速不是步骤S4的恒定起动转速，则通过相位传感器的输出信号直接驱动转换元件从而驱动马达，然后返回正常转速判断步骤S3以判断驱动马达的转速是否为正常转速；

第三马达驱动步骤S7，当马达转速超过起动转速判断步骤S4中的恒定起动转速时，接收相位传感器的输出信号，并在一段恒定的时间延迟后通过驱动转换元件从而驱动马达；

步骤S8，根据第三马达驱动步骤S7中马达的转速，相对缩短每个定子绕组的导电时间，并返回正常转速判断步骤S3，以判断马达转速是否为正常转速；以及

第一马达驱动步骤S5，当马达转速为正常转速判断步骤S3中的正常转速时，在预定的脱水步骤中驱动马达，并完成脱水步骤。

现对本发明优选实施例的直接连接式洗衣机及其脱水控制方法进行更详细的阐述。

如图1所示，脱水桶21安装在盛水桶20的内部。波轮30安装在脱水桶21底部并可旋转。洗涤马达22固定在盛水桶20的下侧中心，该马达具有脱水桶21和波轮30相同的转轴，并产生旋转力。圆筒26安装在洗涤马达22的内顶部，以恒定比例减小由洗涤马达22产生的旋转力。

根据桶内洗涤水量而上升或下降的连接转换杆32，在洗涤过程中通过使圆筒26与洗涤马达22的转轴相连而将该杆连接到波轮30的转轴上，在脱水步骤中洗涤马达22的转轴不与圆筒26相连接，而是将该杆直接连接到脱水桶21的转轴上。

齿轮机构27与已有技术中轴组件的齿轮机构相似。太阳轮27a安置在齿轮机构27的中心。行星齿轮27b与太阳轮27a啮合并以太阳轮27a为中心。内啮合齿轮27c与行星齿轮27b啮合。行星齿轮27b的中心轴通过支座27d相互连接。

此外，太阳轮27a的转轴是中空的。将通过细锯齿连接的连接轴25插入该空腔和在洗涤马达22的转轴23中形成的空腔之间，从而在空腔间升举。随升举操作而与连接槽连接或脱离的连接凸台25a在连接轴25上形成的。支座27d的中心在垂直方向延伸，并与固定连接到波轮30上的中空转轴29固定连接。

安装在波轮30上的浮性壳31可以被升举。连接轴25通过连接转换杆32与浮性壳31相连。此处，连接转换杆32松配合地插入转轴29的空腔中。

另一方面，圆筒26通过连接件28固定地连接在脱水桶21上。中心部分带有连接槽的齿轮箱24固定地连接在圆筒26的下部中心上。因此，随连接轴25的升举操作，连接凸台25a与连接槽连接或脱离。

在这种直接连接式洗衣机执行洗涤程序时，随着向盛水桶20供水，浮性壳31被升举。因此，连接转换杆32和连接轴25顺序地升举，从而使连接凸台25a与连接槽之间的连接脱开。当洗涤马达22在这种布置就位的同时旋转时，旋转力被行星齿轮27b减小并传递给转轴29。结果是波轮30以大转矩、低转速正向或反向旋转。

在脱水步骤中，随着洗涤水排出，浮性壳31降低。因此，连接转换杆32和连接轴25顺序地降低，从而使连接凸台25a与连接槽连接。所以，圆筒26、行星齿轮27b、太阳轮27a和内啮合齿轮27d以同样的转速旋转，从而完成脱水。

此外，本发明的直接连接式洗衣机所用的洗涤马达最好为SR马达。

图2示出了本发明优选实施例的SR马达的剖面图；而且

图3A至3C所绘的波形表现图2所示的定子和转子之间电感的相位关系。

如图2所示，在SR马达的结构中，定子22a内部对称地形成多个定子凸台22b。定子绕组22c直接与每个定子凸台22b相连。转轴23布置在转子22d的中心。多个转子凸台22e在转轴圆周上形成。

在上述SR马达中，当定子凸台22b正好对着转子凸台22d时，它们之间的电感达到最大。相反，当它们相互间完全交叉时，它们之间的电感达到最小。

因此，当与A相相关的定子凸台22b面对转子22e时，由于电能施加到C相绕组上从而使C相凸台被磁化。因此转子凸台22e接近C相凸台。同样，当B相凸台被磁化时，转子22d随旋转力顺时针旋转。这时，为了逆时针旋转转子22d，应当按A相→B相→C相的顺序使定子凸台被励磁。

图4的方框图说明了本发明优选实施例的直接连接式洗衣机的操作控制器；并且

图5是图4所示洗涤马达驱动装置的详细电路图。

如图4所示，本发明的直接连接式洗衣机的操作控制器包括：

微处理器40，它控制包括洗涤马达22操作在内的洗衣机的整个操作；

按键输入部分41，用于接收所需的操作条件；

水位传感器42，用于检测洗衣机中的水位；

重量传感器43，用于检测衣物数量；

转子状态传感器46，它检测洗涤马达22中相对于每个定子凸台22b而言的转子凸台22d的状态；

显示器44，用于显示当前操作状态；

洗涤马达驱动器47，用于驱动洗涤马达22；以及

阀门驱动器45，用于驱动给水及排水阀门。

转子状态传感器46最好设置在每个定子绕组22c中的光耦合器中。

如图5所示，例如马达驱动器47中有三个定子绕组L_A、L_B和L_C并联到恒直流电源的两个接线柱上。开关晶体管S_A0、S_B0和S_C0串联到定子绕组L_A、L_B和L_C上。此时，定子绕组L_A、L_B和L_C并联到二极管D_A、D_B和D_C上以形成逆向电流回路，将二极管与开关晶体管S_A0、S_B0和S_C0并置。用于收集逆向电流的电容器C_D连接到二极管D_A、D_B和D_C以及直流电源负极接线柱(-)上。

此处，标号S_D是一个开关晶体管，用于在定子绕组L_A、L_B和L_C的励磁相期间向电容器C_D施加充电的逆向电动势。当所有开关晶体管S_A0、S_B0和S_C0接通时开关晶体管S_D接通，从而补充了励磁电流。

图6是本发明优选实施例的直接连接式洗衣机采用脱水控制方法的流程图。

首先，使用者接通洗衣机主电源并通过按键输入部分41确定所需的洗涤条件。微处理器40接收该洗涤条件并执行洗涤程序(即洗涤→预定次数的漂洗→脱水)。

其次，洗衣机通过向阀门驱动器45发出控制信号以执行给水步骤。此时，确定由水位传感器42检测的水位是否已达预定点或已根据由重量传感器43检测的衣物数量自动确定了水位。

如果水位到达了预定点，给水步骤停止，而且洗涤马达22根据给定的导电模式正向或反向旋转。这时，操作与前述相同。这样，当洗涤步骤和漂洗步骤终止时，执行如图6所示脱水步骤。

参考图6，本发明优选实施例的直接连接式洗衣机的脱水控制方法如下：

首先，确定是否在执行脱水步骤。如果正在执行脱水步骤，通过采用由转子状态传感器46输出的信号来测量洗涤马达的转速。

然后，在步骤S3判断马达转速是否为预定的正常转速。

如果马达转速不是正常转速，则在起动转速判断步骤S4中确定马达转速是否超过恒定起动转速。

如果未超过，则在第二马达驱动步骤S6中根据相位传感器的输出信号通过直接驱动转换元件而驱动马达。然后程序返回步骤S2再次测量马达转速。

如果马达转速超过了步骤S4中的恒定起动转速，则在第三马达驱动步骤S7中接收相位传感器的输出信号并在设定的延迟时间后通过驱动转换元件而驱动马达。

步骤S8根据第三马达驱动步骤S7中的马达转速相对地缩短每个定子绕组的导电时间，并返回步骤S2，在S2中再次测量马达的转速。

如果步骤S3中马达转速为正常转速，则执行第一马达驱动步骤S5，该步骤中，在接收有关相应相绕组的传感信号的同时，相应相绕组无需时间延迟而被励磁。之所以按这种方式控制步骤S5是因为一开始起动时需要大的起动转矩。如果有时间延迟，旋转可能停止。因此，步骤S5可以避免这种问题。

如果步骤S4中马达转速为起动转速，则执行步骤S7和S8。随着延迟时间X以与马达转速成正比地增加，顺序地激励定子绕组L_A、L_B和L_C，直至马达转速达到正常转速。在重复这些步骤的过程中，如果洗涤马达22的转速在步骤S3中达到正常转速，则开始步骤S5。因此，随着延迟时间X的固定，定子绕组L_A、L_B和L_C被激磁。

此外，如果在正常转速判断步骤S3中马达转速为正常转速，则第一马达驱动步骤S5按预定脱水时间驱动马达，并接着完成脱水步骤。

也就是说，洗涤马达起动后，转子22d部分地靠惯性力运转。因此，转子仅需很小的电能就平稳地旋转。延迟时间X避免了洗涤马达22过热而且降低了电能的消耗。

而且，在洗涤马达22的转轴23与连接轴25之间需要有一间隙以便能满足光滑移动。

本发明在洗涤马达起动之前或之后独立地控制洗衣机的功能。

也就是说，按照本发明的控制方法，当洗涤马达转速低于恒定起动转速时，通过相对提高每个定子绕组的导电时间而驱动马达，或者，当洗涤马达转速超过恒定起动转速时，通过相对缩短每个定子绕组的导电时间而驱动马达。结果是在执行脱水步骤期间减小了由转轴23内的连接轴25所产生的噪音。

图7所示波形说明的是一开始驱动直接连接式洗衣机时每相绕组的导电图形。图7显示出开关晶体管未经过与状态传感器的输出有关的时间延迟X就被驱动。

图8所示波形说明的是驱动直接连接式洗衣机之后每相绕组的导电图形。图8显示出开关晶体管经过与状态传感器的输出有关的一段恒定时间延迟X后被驱动。

由于已有技术需要靠离合器及制动装置在洗涤和脱水过程之间进行转换，因而常规洗衣机的结构和装配工序很复杂。此外，洗涤马达的转轴未与脱水桶的转轴直接连接，因而引起偏心。因此在脱水步骤中产生过度的噪音。

如上所述，本发明通过将洗涤马达的转轴与波轮和脱水桶的转轴相连从而简化了洗衣机的结构和装配工序，并在脱水步骤中通过消除偏心从而显著地减小了过度的噪音。

对于本领域熟练的技术人员而言，很显然，在不脱离本发明的精神或范围的前提下，可以对本发明的洗衣机用照明灯驱动控制装置及其控制方法进行各种改进和变化。因此，这意味着在所附权利要求及其等同含义的范围内作出的改进和变化都在本发明的范围内。

Claims (4)

1、一种直接连接式洗衣机，带有安装在脱水桶内的波轮，该波轮在洗涤程序中正向或反向旋转从而搅动衣物，所述洗衣机包括：

洗涤马达，具有与所述脱水桶相连的铜芯转轴，并且产生旋转力；

减速装置，以恒定的比例降低由所述洗涤马达产生的所述旋转力的转速；以及

连接转换装置，在洗涤程序中，该装置通过将所述减速装置连接到所述洗涤马达的所述转轴上，从而与所述波轮的所述转轴相连，在脱水步骤中，在该装置内，所述洗涤马达的所述转轴不与所述减速装置连接，而直接连接到所述脱水桶的所述转轴上。

2、如权利要求1所述的直接连接式洗衣机，其中，所述的洗涤马达是开关磁阻马达。

3、如权利要求1所述的直接连接式洗衣机，其中，所述的连接转换装置随盛水桶内洗涤水的水位而升高或降低。

4、一种直接连接式洗衣机的控制方法，所述洗衣机包括具有开关磁阻马达的洗涤马达，所述洗涤马达具有一个与所述脱水桶相连的铜芯转轴，所述方法包括以下步骤：

判断是否在执行脱水步骤；

当正在执行所述脱水步骤时测试所述洗涤马达的转速；

比较所述洗涤马达的转速与恒定起动转速；

当所述洗涤马达的转速低于恒定起动转速时，相对增加每个定子绕组的导电时间；并且

当所述洗涤马达的转速超过所述恒定起动转速时，相对缩短每个定子绕组的导电时间。

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