CN1590629A - 洗衣机衣物量检测方法 - Google Patents

Abstract

揭示一种方法用于精确探测洗衣机衣物量而不受静摩擦影响，该方法包括以下步骤，(a)启动电机，然后执行电机再生制动，(b)在完成步骤(a)后重新启动电机，再执行电机电阻制动，然后是步骤(c)通过电机在步骤(a)中再生制动转换的能量守恒定律及步骤(b)电机电阻制动能量守恒定律来确定衣物量。

Description

洗衣机衣物量检测方法

技术领域

本发明涉及一种检测洗衣机衣物量的方法，具体来说就是通过电机的再生制动及电阻制动来检测洗衣机衣物量的一种方法。

背景技术

一般来说，洗衣机是借助洗涤剂及水的作用从衣物上去除污物的设备。近来，洗衣机可检测其中的衣物量，进而确定洗涤水水位、洗涤时间、洗涤剂用量、漂洗或洗涤水水流，进而使衣物被洗涤、漂洗、脱水及烘干。

图1是一个传统洗衣机的纵向剖面图。

如图1所示，传统洗衣机包含一个形成洗衣机外观的机箱2，布置在机箱2内用于容纳洗涤水(w)的洗涤桶10，一个可旋转布置在洗涤桶10内的滚筒20，及用于支持及旋转滚筒20的电机30。

在机箱的一个面上形成有一个进入孔2a，用于通过它将衣物(m)置于机箱2内，一个门4安装在机箱2的表面，用于打开和关闭进入孔2a。

门4包括一个门框5，与机箱2可旋转的连接，门玻璃6安装在门框5上。

在滚筒20上形成有一个开口21，通过它将衣物置入滚筒20内，在滚筒20上有多个水孔22，通过这些水孔洗涤水进入滚筒20。

电机30的一个旋转轴32穿过洗涤筒10并借助轴承34支撑在洗涤筒10上，该旋转轴32的前端与滚筒20相连。

该洗衣机进一步包括一个水供应装置，用于将洗涤水(w)由外部供入洗涤筒10内。水供应装置包括一个与外部软管41相连的水供应阀42，该阀用于截止通过软管41供应的净水；一个有洗涤剂存储腔的洗涤剂盒43；一个供水通路和出口，用于使被供入洗衣机的水与存放在洗涤剂存储腔内的洗涤剂相混合，并从那里排出。

洗衣机进一步包括一个排水装置，用于将洗涤筒10内的洗涤水(w)排出到外面。排水装置包括一个排水波纹管45，用于引导洗涤筒10内的洗涤水(w)；一个排水泵46(或一个排水阀)，用于泵送(或截止)被排放的洗涤水(w)。

该洗衣机还包括一个控制单元49用于根据用户的操作或探测到的衣物(m)量来控制电机30、水供应阀42和排水泵46。

控制单元49包括一个制动装置，用于执行电机30的再生制动或耗散电机30断电时所产生的电流。

图2是一个传统洗衣机制动装置的方块图。

如图2中所示，一个传统的制动装置50包括一个整流单元51，用于将实用交流(AC)电源转换为一个直流(DC)电压并输出所转换的直流电压；一个滤波单元52，用于对由整流单元51所整流的直流电压滤波；一个电机驱动单元52，用于借助由整流单元51所转换的直流电压驱动电机30；一个电压探测单元54，用于探测当电机30突然停止时探测洗衣机内的电压，和输出探测结果所产生的探测电压；一个电压比较单元55，用于将电压探测单元54所探测的电压与洗衣机内预先设定的标准电压相比较；一个开关单元56，用于基于比较结果决定是否打开/关闭一个阻尼电阻(R)；一个传感器57，用于探测电机30的操作状态，例如电机30的旋转位置和速度；和一个微型计算机58，用于基于电传感器57探测的电机30的操作状态控制电机30，和当电机30被制动时控制洗衣机的输出过压；和一个信号输出单元59，用于基于微型计算机58的控制结果产生控制信号，并输出所产生的控制信号至电机驱动单元52。

制动装置50，用于将电机30及衣物的惯性转换为电能，及执行电机驱动单元53能量再生，然后将再生的能量存储在滤波单元52中。

当积累在滤波单元52中的直流电压高于此前存储在洗衣机中的标准电压时，微型计算机58开启开关单元56，并启用阻尼电阻(R)。然后，阻尼电阻(R)将积累在滤波单元52中的直流电压以热的形式耗散，从而保护滤波单元52。

当积累在滤波单元52中的直流电压低于此前存储在洗衣机中的标准电压时，微型计算机58关闭开关单元56，并关闭阻尼电阻(R)。这样，由电机驱动单元53再生的直流电压被积累在滤波单元52中。

当电机30被关闭，阻尼电阻(R)被启用，不管电压传感单元54所探测的电压是多少，制动装置50并不进行电的再生，而是以热的形式耗散电能。当阻尼电阻(R)被关闭时，不管电压传感单元54所探测的电压是多少，阻尼电阻(R)允许再生电流进入滤波单元52并积累在滤波单元52中。

在下文中，传统洗衣机的前述操作将被详细说明。

首先，衣物(m)置入滚筒20，门4关闭。此后，洗衣机启动。控制单元49开启/关闭电机30，并探测衣物(m)量。然后，控制单元49基于所探测到的衣物量(m)确定洗涤水水位、洗涤时间、洗涤剂用量，及漂洗或洗涤水水流，从而允许洗衣机继续其洗涤、漂洗、脱水及烘干模式的操作。

就是说，控制单元49基于所探测的衣物(m)控制供水阀42到一个设定的时间，并将洗涤水供入洗衣机以使洗涤水达到设定的水位。洗涤水被供入洗涤筒10中。此后，控制单元49以设定转速操作电机30到设定时间，从而旋转滚筒20。滚筒20中的衣物(m)借助于洗涤水(w)的作用而被清洁。在上述洗衣机洗涤模式完成后，在洗涤筒10中的脏洗涤水通过排放装置被排出。

此后，执行几次漂洗模式以漂洗衣物(m)上的泡沫。在漂洗模式中与洗涤模式一样，控制单元49控制供水阀42和电机30以便将衣物(m)的泡沫漂洗，并且含有泡沫的脏洗涤水通过排放装置12被排出。

在漂洗模式重复几次后，洗衣机被操作执行脱水模式，此时电机30以高速运行以便衣物(m)离心脱水。

图3是一个说明传统洗衣机探测衣物量的方法的流程图。

图4是一个说明传统洗衣机探测衣物量电机运行的曲线图。

在下文中，将参照图3和4对传统洗衣机探测衣物量的方法进行详细说明。

电机30启动(S1)，并被加速直到电机30转速(rpm)达到一个此前设定的标准转速(rpm′)。当电机30的转速(rpm)达到标准转速(rpm′)时，电机维持恒定速度至设定时间(Ts)(S3)，然后关闭电机30(S4)。

然后，测量电机30从启动操作到维持在恒定速度运行之间的一个数值PWM(脉冲宽度调制)(S5)。

测量由于电机30的过度旋转所产生的电机30的旋转角度(S6)。

此后，通过PWM载荷值(duty)的平均值乘以一个比例常数(a)，所得到的数值，加上一个由电机30过度旋转所产生的旋转角度乘以一个比例常数(b)所得的数值，因而最终产生一个数值用以确定衣物量(S7)。

由于传统洗衣机在滚筒20旋转时所产生的摩擦程度不同(例如，滚筒20和轴承34间的摩擦力，门玻璃6与衣物之间的摩擦力等)，探测传统洗衣机衣物量的方法有一个问题，即传统洗衣机在确定衣物量时，由于不同的摩擦力而有不同的数值。

进一步，由于确定衣物量与测量的PWM的平均值成正比，其中，PWM为从开始启动电机30到电机30保持在一个恒定速度之间的数值，传统洗衣机探测衣物量的方法有一个问题，即当电机30开始运行时产生的影响探测衣物量的静摩擦问题，因而很难精确探测衣物量。

发明内容

所以，本发明是基于以上问题做出的，本发明的一个目的是提供一种方法测量洗衣机内的衣物量，其中包括如下步骤：启动电机，电机再生制动，再次依序启动电机和执行电阻制动，借助于电机再生制动和电阻制动的能量守恒定律来探测衣物量，从而精确地确定衣物量而不受静摩擦的影响。

根据本发明的一个方面，以上及其它目的可借助于一种探测洗衣机中衣物量的方法来实现，该方法包含如下步骤：(a)启动电机，然后执行电机再生制动，(b)在完成步骤(a)后重新启动电机，再执行电机电阻制动，然后是步骤(c)通过电机在步骤(a)中再生制动的能量守恒定律及步骤(b)电机电阻制动的能量守恒定律来确定衣物量。

根据本发明的另一方面，提供一种探测洗衣机衣物量的方法包含如下步骤：(a′)启动电机，然后执行电机电阻制动，(b′)在完成步骤(a′)后重新启动电机，再执行电机再生制动，然后是步骤(c′)通过电机在步骤(a′)中电阻制动的能量守恒定律的原理及步骤(b′)电机再生制动的能量守恒定律来确定衣物量。

附图说明

参照下文的相关附图，将会更加清晰地理解本发明的上述及其他目的、特征和其它优点，其中：

图1示出一个传统洗衣机的纵向剖面图；

图2示出一个传统洗衣机制动装置的方块图；

图3示出一个说明传统洗衣机探测衣物量的方法的流程图；

图4示出一个说明传统洗衣机探测衣物量电机运行的曲线图；

图5示出根据本发明的一个实施例说明用于探测洗衣机衣物量的一种方法的流程图。

图6示出根据本发明的一个实施例说明用于探测洗衣机衣物量的电机工作的曲线图；

图7示出根据本发明的另一个实施例说明用于探测洗衣机衣物量的一种方法的流程图；和

图8示出根据本发明的另一个实施例说明用于探测洗衣机衣物量的电机工作的曲线图。

具体实施方式

现在，将参照附图详细说明本发明的优选实施例。

图5示出一根据本发明的一个实施例说明用于探测洗衣机衣物量的一种方法的流程图。图6示出根据本发明的一个实施例说明用于探测洗衣机衣物量的电机工作的曲线图。

这里，本实施例的洗衣机的零件与传统的洗衣机在实质上是相同的，因而采用相同的附图标记表示，即使它们被表示在不同的图中。另外，因为不必要，将忽略零件的详细说明。

现在，将参照图5和6详细说明根据本发明的一个实施例的探测洗衣机衣物量的方法。

首先，控制单元49操作启动电机30，然后加速电机30直到电机30的转速(rpm)达到标准转速(rpm₁，例如130rpm)(阶段1，S101)。

此后，当电机30的转速(rpm)达到标准转速(rpm₁)时，控制单元49恒定保持电机在标准转速(rpm₁)运转第一设定时间(Δt₁)(阶段2，S102和S103)。

当控制单元49恒定保持电机30在标准转速(rpm₁)运行第一设定时间(Δt₁)后，控制单元49关闭电机(阶段3)，并储存由电机30过度转动所产生的电能(S104)。

即，控制单元49关闭制动装置50的阻尼电阻(R)，因而允许再生电流被储存在滤波单元52中。

在电机30的旋转停止了第二设定时间(Δt₂)后，控制单元49再次启动电机30并加速电机30至到电机30的转速(rpm)达到标准转速(rpm₁，例如130rpm)(阶段5，S105，S106和S107)。

此后，当电机30的转速(rpm)达到标准转速(rpm₁)时，控制单元49恒定保持电机在标准转速(rpm₁)运转第三设定时间(Δt₃)(阶段6，S108和S109)。

当控制单元49恒定保持电机30在标准转速(rpm₁)运行第三设定时间(Δt₃)后，控制单元49关闭电机30(阶段7)，并以热的形式耗散电机30过度旋转所再生的电能(S110)。

即，控制单元49启用制动装置50的阻尼电阻(R)，因而阻止再生电流储存在滤波单元52中。

根据本发明的一个实施例，在探测洗衣机中的衣物量的方法中，衣物的惯性矩是借助于电机30在再生制动时能量守恒定律和电机30电阻制动时能量守恒定律计算的，而洗衣机中的衣物量是通过计算衣物的惯性矩而确定的。

即，在再生制动时的能量方程是 $\frac{1}{2}(I_D+I_L){w_1}^2=T_f{s}_1,$ 在电阻制动时能量方程是 $\frac{1}{2}(I_D+I_L){w_1}^2=\underset{s_2}{\∫}k\·\mathrm{wds}+T_f{s}_1.$ 基于以上能量方程，得到如下衣物的惯性矩的第一公式。

[第一公式]

$I_L=\frac{2k\underset{s_2}{\∫}\mathrm{wds}}{({w_2}^2-\frac{s_2}{s_1}{w_1}^2)}-I_D$

这里，I_L代表衣物的惯性矩，I_D代表由实验测得的滚筒的惯性矩，w₁代表电机开始再生制动时的滚筒角速度，T代表定义为一定值的由于摩擦所产生的扭矩，S₁代表电机执行再生制动时滚筒的旋转角度，S₂代表电机执行电阻制动时滚筒的旋转角度，k代表一个制动能量的比例常数，该常数为电机执行电阻制动时由实验测得，w代表电机执行电阻制动时电机的角速度，s代表电机执行电阻制动时的电机旋转角度，w₂代表电机开始电阻制动时的滚筒角速度，和

代表电机执行电阻制动时的制动能量。

即，在根据本发明的一个实施例的探测洗衣机衣物量的方法中，在电机30执行再生制动和电阻制动时测量以下参数：电机30开始再生制动时滚筒的角速度(w₁)，电机30开始执行电阻制动时滚筒的角速度(w₂)，电机30执行再生制动时滚筒的旋转角度(s₁)，电机30执行电机制动时滚筒的旋转角度(s₂)。因此，借助于上述测量值，通过前面的第一公式计算出衣物的惯性矩(I_L)。

这里，滚筒的角速度(w₁和w₂)及滚筒的旋转角度(s₁和S₂)可借助于一个可分离安装在电机30上的霍尔传感器或电机30的编码器测量。

当电机30启动再生制动时，滚筒的角速度(w₁)在电机30开始再生制动时测量，并存储在控制单元49中。当电机30再生制动时，滚筒的旋转角度(S₁)在电机30再生制动结束时测量，并存储在控制单元49中。

当电机30启动电阻制动时，滚筒的角速度(w₂)在电机30开始电阻制动时被测量，并存储在控制单元49中。当电机30执行电阻制动时，滚筒的旋转角度(S₂)在电机30的电阻制动结束时测量，并存储在控制单元49中。

在电机30电阻制动结束后，控制单元49将电机30开始再生制动时的滚筒角速度(w₁)、电机30开始电阻制动时的滚筒角速度(w₂)、电机30执行再生制动时的滚筒旋转角度(s₁)、电机30执行电阻制动时的滚筒旋转角度(s₂)应用于上述第一公式，因而计算衣物的惯性矩(I_L)(S111和S112)。

此后，控制单元49根据事先设定的一个表或一个比例表达式，借助于计算所得的衣物惯性矩(I_L)，最终确定衣物量(S113)。

即，洗衣机中衣物的旋转惯性矩(I_L)与衣物的数量相对应，因而被用来作为衣物量的一个指标。

图7是一个流程图，它根据本发明的另一个实施例说明洗衣机衣物量的探测方法。图8是一个曲线图，它根据本发明的另一个实施例说明了洗衣机电机在探测衣物量时的操作。

现在，根据本发明的另一个实施例的探测洗衣机衣物量的方法将参照图7和8详细说明。

首先，控制单元49操作启动电机30，然后加速电机30直到电机30的转速(rpm)达到标准转速(rpm₁，例如130rpm)(阶段1，S201)。

此后，当电机30的转速(rpm)达到标准转速(rpm₁)时，控制单元49恒定保持电机在标准转速(rpm₁)运转第一设定时间(Δt₁)(阶段2，S202和S203)。

当控制单元49恒定保持电机30在标准转速(rpm₁)运行第一设定时间(Δt₁)后，控制单元49关闭电机(阶段3)，并以热量的形式耗散由电机30过度转动所产生的电能(S204)。

即，控制单元49启用制动装置50的阻尼电阻(R)，因而阻止再生电流储存在滤波单元52中。

当电机30的旋转停止了第二设定时间(Δt₂)后，控制单元49再次启动电机30并加速电机30至到电机30的转速(rpm)达到标准转速(rpm₁，例如130rpm)(阶段5，S205，S206和S207)。

此后，当电机30的转速(rpm)达到标准转速(rpm₁)时，控制单元49恒定保持电机在标准转速(rpm₁)运转第三设定时间(Δt₃)(阶段6，S208和S209)。

当控制单元49恒定保持电机30在标准转速(rpm₁)运转第三设定时间(Δt₃)后，控制单元49关闭电机30(阶段7)，并储存由电机30过度转动所产生的电能(S210)。

即，控制单元49关闭制动装置50的阻尼电阻(R)，因而允许再生电流被储存在滤波单元52中。

在根据本发明的这个实施例的探测洗衣机中的衣物量的方法中，衣物的惯性矩(I_L)是借助于电机30在电阻制动时的能量守恒定律和电机30在再生制动时的能量守恒定律计算的，而洗衣机中的衣物量是通过计算衣物的惯性矩(I_L)而确定的。

与本发明的第一实施例一样，本发明的第二实施例所计算的衣物的惯性矩(I_L)是借助于前面所述的第一公式计算的。在电机30电阻制动结束后，控制单元49将电机30开始电阻制动时的滚筒角速度(w₂)、电机30开始再生制动时的滚筒角速度(w₁)、电机30执行电阻制动时的滚筒旋转角度(s₂)、电机30执行再生制动时的滚筒旋转角度(s₁)应用于上述第一公式，因而计算衣物的惯性矩(I_L)(S211和S212)。

此后，控制单元49根据事先设定的一个表或一个比例表达式，借助于计算所得的衣物惯性矩(I_L)，最终确定衣物量(S213)。

根据以上描述，本发明的探测洗衣机的衣物量的方法有如下优点。

第一，由于衣物的惯性矩是借助于电机再生制动时的能量守恒定律和电机电阻制动时的能量守恒定律计算出的，而衣物量是由所计算出的衣物惯性矩确定的，因此电机启动时所产生的静摩擦不影响衣物量的探测，并使用电机两次制动所获得的数据，故能够准确地探测衣物量。

第二，由于衣物的惯性矩是通过测量电机开始再生制动时滚筒的角速度、电机开始电阻制动时滚筒的角速度、电机执行再生制动时滚筒的旋转角度、电机执行电阻制动时滚筒的旋转角度计算而得，故可去除测量摩擦力矩所产生的误差对衣物量探测的影响，以简化测量各种数值的控制单元的结构，并使测量衣物量中产生的误差最小化。

虽然已经为说明的目的公开了本发明的优选实施例，但是本领域普通技术人员还是可能进行多种修改、附加和替换，而不脱离在所附权利要求中说明的本发明的范围和精神。

Claims (20)

1.一个用于探测洗衣机衣物量的方法，包含步骤如下；

(a)启动电机，然后执行电机再生制动；

(b)在完成步骤(a)后，重新启动电机，然后执行电机电阻制动；和

(c)通过在步骤(a)中电机再生制动能量守恒定律及步骤(b)中电机电阻制动能量守恒定律来确定衣物量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(a)包含如下子步骤：

(a-1)加速电机使电机转速达到标准转速；

(a-2)当通过加速电机使电机转速达到标准转速时，恒定地保持电机以标准转速运转；和

(a-3)在保持电机运转后，通过关闭电机来使电机减速，以执行电机的再生制动。

3.根据权利要求2所述的方法，

其中子步骤(a-2)是恒定维持电机以标准转速运转一段设定时间的子步骤。

4.根据权利要求1所述的方法，

其中步骤(b)在步骤(a)结束了一段设定时间后执行。

5.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)包含如下子步骤：

(b-1)加速电机至电机转速达到标准转速；

(b-2)当通过加速电机使电机转速达到标准转速时，恒定地保持电机以标准转速运转；和

(b-3)在保持电机运转后，通过关闭电机来使电机减速，以执行电机的再生制动。

6.根据权利要求5所述的方法，

其中子步骤(b-2)是恒定维持电机以标准转速运转一段设定时间的子步骤。

7.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(c)包含如下子步骤：

(c-1)存储在步骤(a)和(b)中当电机开始再生制动和电阻制动时滚筒的角速度和滚筒的旋转角度；

(c-2)利用在步骤(a)中电机再生制动的能量守恒定律及在步骤(b)中电机电阻制动能量守恒定律，将所存储的滚筒角速度和旋转角度应用于衣物惯性矩的公式，因而计算出衣物的惯性矩；和

(c-3)基于步骤(c-2)中所计算的衣物的惯性矩确定衣物量。

8.根据权利要求7所述的方法，

其中滚筒的角速度和转动角度由电机的一个编码器输出。

9.根据权利要求7所述的方法，

其中滚筒的角速度和转动角度由一个安装在电机上的霍尔传感器输出。

10.根据权利要求7所述的方法，其中公式定义如下：

$I_L=\frac{2k\underset{s_2}{\∫}\mathrm{wds}}{({w_2}^2-\frac{s_2}{s_1}{w_1}^2)}{I}_D$

其中，I_L代表衣物的惯性矩，k代表当电机执行电阻制动时，经实验测得的制动能量的一个比例常数，w代表电机执行电阻制动时电机的角速度，s代表电机执行电阻制动时电机的转动角度，w₂代表电机开始电阻制动时的滚筒角速度，S₂代表电机执行电阻制动时的滚筒的转角，S₁代表电机执行再生制动时滚筒的转动角度，w₁代表电机开始再生制动时的滚筒角速度，和I_D代表经实验测得的滚筒的惯性矩。

11.一个用于探测洗衣机衣物量的方法，包含步骤如下：

(a′)启动电机，然后执行电机电阻制动；

(b′)在完成步骤(a′)后，重新启动电机，然后执行电机再生制动；和

(c′)通过在步骤(a′)中电机电阻制动能量守恒定律及步骤(b′)中电机再生制动能量守恒定律来确定衣物量。

12.根据权利要求11所述的方法，其中步骤(a’)包含如下子步骤：

(a′-1)加速电机使电机转速达到标准转速；

(a′-2)当通过加速电机使电机转速达到标准转速时，恒定保持电机以标准转速运转；和

(a′-3)在保持电机运转后，通过关闭电机来使电机减速，以执行电机的电阻制动。

13.根据权利要求12所述的方法，

其中子步骤(a′-2)是恒定维持电机以标准转速运转一段设定时间的子步骤。

14.根据权利要求11所述的方法，

其中步骤(b′)在步骤(a′)结束了一段设定时间后执行。

15.根据权利要求11所述的方法，

其中步骤(b′)包含如下子步骤：

(b′-1)加速电机使电机转速达到标准转速；

(b′-2)在通过加速电机使电机转速达到标准转速时，恒定保持电机以标准转速运转；和

(b′-3)在保持电机运行后，通过关闭电机来使电机减速，以执行电机的再生制动。

16.根据权利要求15所述的方法，

其中子步骤(b′-2)是恒定维持电机以标准转速运转一段设定时间的子步骤。

17.根据权利要求11所述的方法，其中步骤(c′)包含如下子步骤：

(c′-1)存储在步骤(a′)和(b′)中当电机开始电阻制动和再生制动时滚筒的角速度和滚筒的旋转角度；

(c′-2)利用电机在步骤(a′)中电阻制动的能量守恒定律及在步骤(b′)中电机电阻制动能量守恒定律，将所存储的滚筒角速度和旋转角度应用于衣物惯性矩的公式，因而计算出衣物的惯性矩；和

(c′-3)基于步骤(c′-2)中所计算的衣物的惯性矩确定衣物量。

18.根据权利要求17所述的方法，

其中滚筒的角速度和转动角度由电机的一个编码器输出。

19.根据权利要求17所述的方法，

其中滚筒的角速度和转动角度由一个安装在电机上的霍尔传感器输出。

20.根据权利要求17所述的方法，其中公式定义如下：

$I_L=\frac{2k\underset{s_2}{\∫}\mathrm{wds}}{({w_2}^2-\frac{s_2}{s_1}{w_1}^2)}{I}_D$

其中，I_L代表衣物的惯性矩，k代表当电机执行电阻制动时，经实验测得的制动能量的一个比例常数，w代表电机执行电阻制动时电机的角速度，s代表电机执行电阻制动时电机的转动角度，w₂代表电机开始电阻制动时的滚筒角速度，S₂代表电机执行电阻制动时滚筒的转角，S₁代表电机执行再生制动时滚筒的转动角度，w₁代表电机开始再生制动时的滚筒角速度，和I_D代表经实验测得的滚筒的惯性矩。

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