CN1102676A - 利用低频振荡的洗涤方法和洗涤设备 - Google Patents

Abstract

利用微小空气泡的气穴现象或非线性振荡获得 的机械能来得到洗涤或清洗效果的洗涤方法和洗涤 设备，其中气泡是使用低频波在多相介质的共振中产 生的。通过向桶内注入空气泡或提供声波或超声波 振荡器使共振现象加速和均匀地进行，从而获得卓越 的洗涤性能。因为本发明取消了任何波动器，所以可 以大大降低衣物的拧曲和缠结现象。其结果是几乎 不损伤衣物。而且，在洗涤或清洗过程中大大降低了 电能的消耗。

Description

本发明涉及利用低频振荡的洗涤方法和洗涤设备，其中洗涤是通过使用由水、洗涤剂和空气组成的多相介质并在特定频率下经历共振现象而完成的。

通常，洗衣机包括一个安装在洗涤桶下部的可旋转的波动器和一个安装在洗衣机基座上用来驱动波动器的马达。当波动器通过马达的正、反向反复旋转并借助减速机构低速旋转时，洗涤桶内的水产生中心水流或旋转水流。洗涤桶内的衣物被水流带动。在衣服的运动中，产生摩擦完成洗涤。这类洗衣机属于利用水流的冲力或运动的洗涤形式。在这种洗涤形式中，洗涤效果是通过流体剪切力、衣物弯曲的移动和摩擦作用的机械能和洗涤剂的化学作用的结合获得的。

然而这种常规的洗衣机存在如下问题：

首先是由于反复的搅拌动作，亦即波动器的正反向反复旋转，使洗涤桶内的衣物容易拧曲或缠结。其结果是严重损伤了衣物。

其次是水流实现的洗涤剂溶解度低。其结果是洗涤剂的消耗量过大，因此也污染了河流。

另外，衣物会被洗涤后仍未溶解的洗涤剂所沾污。沾上的洗涤剂会刺激使用者的皮肤。

最后，为除去未溶解的洗涤剂，需要大量的洗涤用水和更长的洗涤时间。

因此，本发明的目的是提供一种洗涤方法和设备，它使用低频波在多相介质的共振时产生的细微空气泡的气穴现象或非线性振荡获得的机械能得到洗涤或清洗效果。

本发明的另一目的是提供一种洗涤方法和洗涤设备，它利用共振实现有效的洗涤，而为实现共振所使用的能量最少。

按本发明的一个方面，它提供了一种利用低频振荡的洗涤方法，包括以下步骤：将要洗涤的衣物放入洗衣机桶内的多相介质中，所述的多相介质由水、洗涤剂和空气层构成;使多相介质经历一个由振荡器产生的低频振荡，并在多相介质的共振频率下产生共振现象，以便在多相介质中产生微小的空气气泡，通过所述微小空气泡的气穴现象和非线性振荡所得的机械能与所述洗涤剂的化学作用的结合来完成洗涤。

按本发明的另一方面，它提供了一种洗涤设备，它包括：一个盛有由水、洗涤剂和空气层组成的多相介质的桶;一个用来使上述洗涤桶中多相介质产生共振现象的低频振荡器;驱动所述低频振荡器产生低频振荡的驱动装置。

通过阅读下面的详细说明书和附图，本发明的这些和其它目的、特征、优点将会更加明显。

图1是本发明的第一实施方案的洗涤设备的剖面示意图;

图2是第一实施方案所述洗涤设备的剖面示意图，但它所包括的振荡器和低频振荡驱动器的结构不同于图1的相应部件;

图3是本发明的第二实施方案的洗涤设备的剖面示意图;

图4是包括有单个空气注射装置和振荡器，但两者的结构都不同于图3所示相应部件的第二实施方案的洗涤设备的剖面示意图;

图5是第二实施方案所述洗涤设备的剖面示意图，包括有多个空气注射装置和一个低频振荡器，但相对图3，所示的结构有所改进;

图6是第二实施方案的洗涤设备的剖面示意图，其中使用了能够传递机械振荡的致动器;

图7是本发明第三种实施方案的洗涤设备的剖面示意图。

参看图1，它描述了本发明第一实施方案的洗涤设备。如图1所示，洗涤设备包括桶1和安装在桶1下部用来产生低频振荡的振荡器3。振荡器3有一驱动轴4与驱动单元5连接，它驱动振荡器3产生低频振荡。信号放大器6和信号振荡器7与驱动设备5电连接。

桶1上部有一开口，它由密封板2关闭。

安装在桶1下部的振荡器3可以是平板形、圆形或其它类似形状。

用来驱动低频振荡器3的驱动设备5可以是线性马达或电磁致动器。此外，驱动设备5可以是采用凸轮和曲轴传递机械振动的致动器。

尽管成本增加，但使用线性马达作为驱动设备5来产生低频振荡的优点是整个系统容易构造。另一方面，便宜的电磁致动器有一个缺点，它使整个系统复杂化，考虑到这些方面，可以选择适当的驱动设备。

当线性马达或电磁致动器在第一实施方案的洗涤设备内开动时，连接在驱动轴4上的低频振荡器3工作并在预定的方向上或三维空间的交叉方向上振荡出低频波。由于低频波，桶1内的由水、洗涤剂和空气层组成的多相介质产生共振现象。

由于共振现象的作用，在多相介质中产生微小的空气泡，并产生气穴现象。气穴现象和低频振荡器3的非线性振荡产生的机械能以及洗涤剂的化学作用相配合，从而完成有效的洗涤或清洗。

在操作中，信号放大器6和信号振荡器7工作并使低频振荡器3产生低频波，它的振荡频段为10～100Hz，振幅为2～25mm，角度旋转幅度为2～10°。它们还放大加到振荡器3上的电流和电压。

当低频波的振荡频段低于10Hz时，振荡器3振荡得太快，在这种情况下，其使用寿命会缩短。与其相反，当振荡频段高于100Hz时，能量的消耗会过大。而且在后面这种情况下，所产生的波会有害地超出共振频段的范围。

当波幅低于2mm而角度旋转幅度小于2°时，几乎不会发生共振现象。另一方面，当振幅超过25mm而角度旋转幅度超过10°时，尽管不涉及共振问题，但由于消耗过多的能量，也是所不希望的。

因此，为产生共振状态，振荡器3的振荡器频段应选择在10-100Hz的范围内。当所产生的低频波的频率在上述频段内升高时，桶1内多相介质的上部空气就会克服水的表面张力穿过水在多相介质中形成空气泡，使得在多相介质的整个高度内都有气泡存在，从而产生共振状态。当振荡器的振荡频率范围超出这个状态时，空气泡会从多相介质下部以及共振区消失。最后，多相介质回复至其起始状态，气泡仅在水的上部存在。其结果是不能获得满意的洗涤效果。

图2是洗涤装置的剖面示意图，包括用来产生低频振荡的一个振荡器和一个低频振荡驱动装置，但在结构上两者都不同于图1所示的相应部件。在这种情况中，低频振荡器3呈容器状。作为低频振荡的驱动装置，采用了能够传递机械振动的致动器，这不同于图1所示的采用线性马达或电磁致动器。

该驱动装置包括一产生驱动力的马达14、一曲轴15和一凸轮16，曲轴15与马达14的轴偏心连接，凸轮16连接在振荡器3的驱动轴4和曲轴15之间，用来将偏心旋转力从曲轴传递到振荡器3上。

曲轴15有一偏心量δ，它表示曲轴15的中心线与马达轴的中心线之间的距离。按本发明，偏心量δ为1～12.5mm。这是因为振荡器3产生的频率波的振幅是2～2.5mm。

当曲轴15在马达14的驱动力下以2δ的偏心量偏心旋转时，曲轴15产生的偏心旋转力通过凸轮16传递到振荡器3，使得振荡器3以2～25mm的振幅振荡，据此，图2所示的洗涤设备也能获得与图1所示设备同样的洗涤效果。

参看图3，它描述了本发明第二实施方案的洗涤设备。根据这一方案，在桶上提供一个空气注入装置作为有效地产生多相介质的共振现象的装置，使得空气能通过空气注入装置注入桶内。

如图3所示，多个空气注入装置8安装在桶1的下部壁上和底部壁上，每个注入装置有多个排气孔。空气注入装置8通过进气管9连接到空气泵或空气压缩机10上，在空气泵或空气压缩机10上连接有一个频率控制器11。

按照第二实施方案，在进气管9上装有单向阀12。单向阀12用来防止进气管9中的空气逆向流动，并防止桶1内的多相介质通过进气管9进入空气泵或空气压缩机10。

在这种洗涤设备的工作中，驱动空气泵或空气压缩机10产生空气泡，同时低频振荡器3以与第一实施方案中的洗涤设备相同的方式振荡。所产生的空气泡通过空气注入装置8注入到桶1内。注入的气泡突然膨胀，然后振荡，同时逐渐缩小、破裂、组合成大气泡，或移动。

频率控制器11使空气泵或空气压缩机10以与多相介质的共振频率同样的频率或谐频振荡，从而产生空气泡。注入到多相介质中的空气气泡的直径是由注入装置8的孔径所决定的。空气注入装置8上的每个孔的优选直径在0.5～5mm之间。

在这种情况中，所产生的空气泡的尺寸与低频振荡器的振荡所发生的共振现象产生的空气泡尺寸基本上是一样的。这种尺寸的微小空气泡产生共振现象所需要的能量最小，同时由微小空气泡所产生的振动及给出的能量最大。

图4是包括单个空气注入装置和振荡器，但其结构不同于图3所示相应部件的第二方案的洗涤设备的剖面示意图。在这种情况下，低频振荡器3呈容器状，而仅在桶1的底壁上安装有空气注入装置8。空气注入装置8通过空气进气管9与空气泵或空气压缩机相连接。空气泵或空气压缩机10与频率控制器11连接。

在这种情况下，空气注入装置8有一个弧形上表面和多个径向孔。用这样的结构，从空气注入装置8涌出的空气泡在桶1内更广泛地散布。

这一实施方案的其它结构与图1所示一致，因此不再赘述。

图5仍是第二方案的洗涤设备的剖面示意图，但包括有多个空气注入装置和一个对图3的低频振荡器在结构上有所改进的低频振荡器。在这种情况下，低频振荡器3是平板形，空气注入装置分别安装在桶1的底壁上和一边侧壁上。

图6是第二实施方案的洗涤设备的剖面示意图，其中采用了能传递机械振动的致动器13，而不同于图3～5中采用线性马达或电磁致动器的情形。在这种情况下，空气注入装置8安装在桶1的两边侧壁上。

能传递机械振动的致动器13包括产生驱动力的马达14，与马达14的轴偏心相连且与马达的轴共同旋转的曲轴15，及连接在振荡器3的驱动轴4与曲轴15之间的凸轮16，用来将驱动力从曲轴传递到振荡器3。

曲轴15有一偏心量δ，它表示从曲轴15的中心线到马达轴的中心线之间的距离。在这种情况下，偏心量δ优选为1～12.5mm。驱动轴4在相应于二倍偏心量的距离内垂直振动，使得低频振荡器3振荡。

如上所述，空气注入装置8仅安装在桶1的两侧壁上。尽管在图6中没有画出，但这一洗涤设备也包括向空气注入装置8提供空气的空气泵或空气压缩机、频率控制器及单向阀，所有这些部件与上述相应部件的结构相同。

参看图7，这里描述了本发明第三实施方案的洗涤设备。在这种情形中，采用了能传递机械振动使低频振荡器振荡的致动器。当然，可以采用如图1中所示的线性马达或电磁致动器来代替该致动器。

与图3～6的在桶1内安装空气注入装置8的情况，不同，第三实施方案的洗涤设备包括一个产生声波或超声波振荡的驱动机构17，用来在多相介质中有效地产生共振现象。驱动装置17使多相介质以低频波振荡。驱动装置17与信号放大器6和信号振荡器7相连。

产生声波或超声波振荡的驱动装置17可以是电磁致动器，如电磁线圈或线性马达，扬声器系统，或产生超声波振荡的压电换能器（PZT）装置。

当使用PZT装置时，电流型的磁致伸缩换能器可以用作PZT装置的振荡源。此外，振荡源可以是电压型压电陶瓷或压电膜。

当采用电磁致动器时，可以用永磁体作为振荡声波的工作装置。在这种情况下，当电流在围绕电磁元件，特别是定子的线圈内流动时，移动永磁体。此外，可以由在代替永磁体的可动线圈中流动的电流进行振荡，产生声波。

与超声波振荡机构连接的信号放大器6和信号振荡器7控制声波或超声波振荡机构的驱动，使得振荡机构能在1～50KHz的频段内振荡。信号放大器6和信号振荡器7也用来放大施加到超声振荡机构的电流或电压。

当所产生的波的频段低于1KHz时，洗涤效果下降，另一方面，如果频段超过50KHz，即便只获得1～50KHz频段的洗涤效果，其能量的消耗也会升高。

如果声波或超声波振荡机构的振荡频段为1～50KHz，就会在桶1内加速而均匀地产生尺寸为0.2～5mm的微小空气泡的气穴现象，因此，产生共振所需的能量最小同时由微气泡产生的振动和所给出的能量却最大。

上面的描述显示，本发明提供了一种能够通过由气穴现象或微气泡的非线性振荡获得的机械能得到洗涤或清洗效果的洗涤设备和洗涤方法，微气泡是使用低频波使多相介质发生共振产生的。按照本发明，通过在桶内注入空气泡或提供声波或超声波振荡装置，共振现象变得加速和均匀。因此，本发明较现有技术能获得卓越的洗涤性能。

因为本发明取消了任何脉动器，使显著减少衣物的拧曲和缠结成为可能。其结果是几乎不损伤衣物。而且在洗涤或清洗中能大大降低电能的消耗。

虽然为说明本发明目的而公开了本发明的优选实施方案，但本领域技术人员当应明白在不脱离所附权利要求书的范围和实质的情况下可对这些实施例作出各种改动和变型。

Claims (58)

1、一种利用低频振荡的洗涤方法，包括如下步骤：

将要洗涤的衣物放入到洗衣机桶内的多相介质中，所述的多相介质由水、洗涤剂和空气层组成；

使多相介质经历由振荡器产生的低频振荡，并以多相介质的共振频率产生共振现象，使得在多相介质中产生微小的空气气泡，从而由所述微气泡的气穴现象和非线性振荡获得的机械能及洗涤剂的化学作用配合来完成洗涤。

2、按权利要求1所述的洗涤方法，其中，所述振荡器在10～100Hz的振荡频段内振荡，使得其振幅为2～25mm。

3、按权利要求1所述的洗涤方法，其中，所述振荡器在10～100Hz的振荡频段内振荡，使得旋转幅度为2～10°。

4、按权利要求1所述的洗涤方法，其中，所述振荡器在一个方向上振荡出低频波。

5、按权利要求1所述的洗涤方法，其中，所述振荡器在三维空间的交叉方向上振荡出低频波。

6、一种利用低频振荡的洗涤方法，包括如下步骤：

将要洗涤的衣物放入洗衣机桶内的多相介质中，所述多相介质由水、洗涤剂和空气层组成;

使多相介质经历振荡器产生的低频振荡，同时向多相介质中注入空气泡并以多相介质的共振频率产生共振现象，使得在多相介质中产生微小空气泡，结合由所述微气泡的气穴现象和非线性振荡获得的机械能及洗涤剂的化学作用完成洗涤。

7、按权利要求6所述的洗涤方法，其中，所述振荡器在10～100Hz的振荡频段内振荡，使得振幅为2～25mm。

8、按权利要求6所述的洗涤方法，其中，所述振荡器在10～100Hz的振荡频段内振荡，使得旋转幅度为2～10°。

9、按权利要求6所述的洗涤方法，其中，所述振荡器在一个方向上振荡出低频波。

10、按权利要求6所述的洗涤方法，其中，所述振荡器在三维空间的交叉方向上振荡出低频波。

11、按权利要求6所述的洗涤方法，其中，注入到所述多相介质中的所述气泡的直径为0.5～5mm，并借助气泡直径的改变来完成洗涤。

12、按权利要求6所述的洗涤方法，其中，将空气泡注入到多相介质中是由空气泵或空气压缩机以与多相介质的共振频率相同的频率或谐频来进行的。

13、按权利要求6或11所述的洗涤方法，其中，将气泡注入到多相介质中是在所述桶的周边的所有部位上进行。

14、按权利要求6或11所述的洗涤方法，其中，将气体注入到多相介质中是在所述桶的底部进行的。

15、按权利要求6或11所述的洗涤方法，其中，将气体注入到多相介质中是在所述桶的周边的所有部位和底部进行的。

16、按权利要求6或11所述的洗涤方法，其中，所述的将气体注入到多相介质中是在所述桶的一边侧面和底部进行的。

17、按权利要求14所述的洗涤方法，其中，所述的将空气泡注入多相介质中是在径向进行的。

18、一种利用低频振荡的洗涤方法，包括如下步骤：

将要洗涤的衣物倾入到洗衣机桶内的多相介质中，所述的多相介质包括水、洗涤剂和空气层;

使多相介质经受由振荡器产生的低频振荡，并以多相介质的共振频率发生共振现象，同时将由声波或超声波振荡装置产生的声波或超声波施加到多相介质上，从而加速产生共振现象而在多相介质中产生微小的空气气泡，由此，结合由所述微气泡的气穴现象和非线性振荡获得的机械能及洗涤剂的化学作用完成洗涤。

19、按权利要求18所述的洗涤方法，其中，所述的声波或超声波振荡装置在1～50KHz的振荡频段内振荡。

20、一种洗涤设备，包括：

容纳由水、洗涤剂和空气层组成的多相介质的桶;

在所述桶内的所述多相介质中产生共振现象的低频振荡器;和驱动所述低频振荡器产生低频振荡的驱动装置。

21、按权利要求20所述的洗涤设备，其中，所述产生低频振荡的驱动装置包括：

适用于产生振幅转换信号和频率信号的信号振荡装置;

连接在所述信号振荡装置上并适用于放大和改变所述频率信号的信号放大器;

按照所述信号振荡器和信号放大器发出的信号使所述低频振荡器在低频段内振荡的线性马达或电磁致动装置。

22、按权利要求20所述的洗涤设备，其中，所述低频振荡驱动装置包括：

适用于产生驱动力的马达;

偏心地安装在所述马达的轴上而作偏心旋转的曲轴;和

连接在所述曲轴和所述低频振荡器的驱动轴之间，用来将偏心旋转力从曲轴传递到低频振荡器上的凸轮。

23、按权利要求20所述的洗涤设备，其中，所述低频振荡器为板形。

24、按权利要求23所述的洗涤设备，其中，所述低频振荡器为圆板形。

25、按权利要求20所述的洗涤设备，其中，所述低频振荡器具有容器的形状。

26、按权利要求25所述的洗涤设备，其中，所述低频振荡器具有圆柱容器的形状。

27、按权利要求22所述的洗涤设备，其中，所述曲轴与所述马达轴之间的偏心量为1～12.5mm。

28、一种洗涤设备，包括：

容纳由水、洗涤剂、空气层组成的多相介质的桶;

在所述桶内多相介质中产生共振现象的低频振荡器;

向多相介质中提供气泡的空气泡发生装置;

驱动所述低频振荡器产生低频振荡的驱动装置。

29、按权利要求28所述的洗涤设备，其中，所述低频振荡驱动装置包括：

适用于产生振幅转换信号和频率信号的信号振荡单元;

与所述信号振荡器连结、用来放大和改变频率信号的信号放大器;

按来自信号振荡器和信号放大器的信号在低频段内振荡所述低频振荡器的线性马达或电磁致动器。

30、按权利要求28所述的洗涤设备，其中，所述低频振荡驱动装置包括：

适用于产生驱动力的马达;

偏心地安装在所述马达的轴上而能偏心旋转的曲轴;

连接在所述曲轴和所述低频振荡器的轴之间，适用于把偏心转动力从曲轴传递到低频振荡器上的凸轮。

31、按权利要求28所述的洗涤设备，其中，所述低频振荡器为板形。

32、按权利要求31所述的洗涤设备，其中，所述低频振荡器为圆板形。

33、按权利要求28所述的洗涤设备，其中，所述振荡器具有容器的形状。

34、按权利要求33所述的洗涤设备，其中，所述振荡器具有圆柱容器的形状。

35、按权利要求30所述的洗涤设备，其中，所述曲轴与所述马达轴之间的偏心量为1～12.5mm。

36、按权利要求28所述的洗涤设备，其中，所述空气泡发生装置包括至少一个安装在所述桶内的空气注入装置。

37、按权利要求36所述的洗涤设备，其中，所述空气泡发生装置包括多个沿所述桶周边表面的所有部位布置的空气注入装置。

38、按权利要求36所述的洗涤设备，其中，所述空气泡发生装置包括一个布置在所述桶底部的空气注入装置。

39、按权利要求36所述的洗涤设备，其中，所述空气泡注入装置有半球形结构，其上有多个径向小孔，空气泡通过小孔冒出。

40、按权利要求36所述的洗涤设备，其中，所述空气泡注入装置具有梯形截面的圆柱形结构，其上部表面有多个垂直小孔，倾斜的周边表面上有多个与该周边表面垂直的小孔。

41、按权利要求36～40的任何一项所述的洗涤设备，其中，所述的空气注入装置或每一个所述的空气注入装置有多个直径为0.5～5mm的小孔。

42、按权利要求28所述的洗涤设备，其中，所述的空气泡发生装置进一步包括空气泵或空气压缩机。

43、按权利要求42所述的洗涤设备，进一步包括用来控制所述空气泵或空气压缩机的频率控制器，使得空气泵或空气压缩机产生的空气以共振频率注入到所述桶内。

44、一种洗涤设备，包括：

容纳由水、洗涤剂和空气层组成的多相介质的桶;

在所述桶内的多相介质中产生共振现象的低频振荡器;

声波或超声波发生机构，使得它与多相介质接触，在多相介质中振荡出声波或超声波;

驱动所述低频振荡器产生低频振荡的驱动装置。

45、按权利要求44所述的洗涤设备，其中，所述的低频振荡驱动装置包括：

适用于产生振幅转换信号和频率信号的信号振荡器;

连接在所述信号振荡单元上适用于放大和改变频率信号的信号放大器;

使所述低频振荡器按发自信号振荡器和信号放大器的信号在低频段内振荡的线性马达或电磁致动器。

46、按权利要求44所述的洗涤设备，其中，所述的低频振荡驱动装置包括：

产生驱动力的马达;

偏心地安装在所述马达的轴上而能偏心旋转的曲轴;

连接在所述曲轴和所述低频振荡器的驱动轴之间、用来将偏心旋转力从曲轴传递到低频振荡器上的凸轮。

47、按权利要求44所述的洗涤设备，其中，所述的低频振荡器为板形。

48、按权利要求47所述的洗涤设备，其中，所述低频振荡器为圆板形。

49、按权利要求44所述的洗涤设备，其中，所述低频振荡器为容器的形状。

50、按权利要求49所述的洗涤设备，其中，所述低频振荡器为圆柱容器的形状。

51、按权利要求46所述的洗涤设备，其中，所述曲轴与所述马达轴之间的偏心量为1～12.5mm。

52、按权利要求44所述的洗涤设备，其中，所述的声波或超声波发生机构包括一个压电换能器单元。

53、按权利要求52所述的洗涤设备，其中，所述的压电换能器有一个磁致伸缩换能器作为振荡源。

54、按权利要求52所述的洗涤设备，其中，所述的压电换能器有压电陶瓷作为振荡源。

55、按权利要求52所述的洗涤设备，其中，所述的压电换能器有压电膜作为振荡源。

56、按权利要求44所述的洗涤设备，其中，所述声波或超声波发生机构包括一永磁体作为振荡声波的工作元件，以及其上绕有线圈的定子，当有电流流过线圈时，线圈用来移动所述永磁体。

57、按权利要求44所述的洗涤设备，其中，所述声波或超声波发生机构有一个可动线圈，当有电流流过所述线圈时振荡出声波或超声波。

58、按权利要求44所述的洗涤设备，进一步包括：

用来产生振幅转换信号和频率信号的信号振荡器，此两种信号都送至声波或超声波发生机构;

连接到所述信号振荡器、用来放大和改变所述频率信号的信号放大器。

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