CN1924160A - 一种洗衣机脱水转速控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种洗衣机脱水转速控制装置。包括检测洗衣机外桶与箱体之间的距离的霍尔位移传感器，以及与该霍尔元件配合的磁性元件；单片机，接收所述霍尔位移传感器输出的检测信号，并根据该检测信号判断是否出现撞桶或偏移，以及发出转速指令；驱动电路，接收所述单片机的转速指令，并根据该指令控制脱水转速。本发明同时公开一种脱水转速控制方法，包括1)检测洗衣机外桶与箱体之间的距离信息；2)根据洗衣机的自身参数，以及当前转速、衣物量计算当前偏移参考值；该参考值为一个距离范围；3)判断所述外桶与箱体之间的距离是否在所述当前偏移参考值范围内，若是，则进入步骤4)；若否，则进入步骤5)；4)提高转速；5)降低转速。

Description

一种洗衣机脱水转速控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及洗衣机，具体而言是涉及一种洗衣机脱水转速控制装置，以及一种洗衣机脱水转速控制方法。

背景技术

洗衣机脱水时，内桶的旋转速度越快，则脱水速度越快，脱水程度越彻底，效率越高。以往的洗衣机没有调速功能，不能进行脱水转速控制，只能以恒定的转速脱水；现在，许多洗衣机开始使用变频调速等技术进行脱水转速控制，以尽可能高的转速进行脱水，以提高脱水效率。

但是，洗衣机脱水时，如果桶内衣物放置不平衡，内桶将无法正常旋转，严重时会使外桶与箱体发生碰撞，产生撞桶现象，而且，转速越快，影响越大，产生撞桶现象的可能性越大。上述情况下，由于无法产生脱水所需的离心力，会降低脱水效率，甚至完全无法脱水，还会产生巨大的噪声，当撞桶严重时，还可能损坏机械机构。

另外，在衣物脱水的初始阶段，由于衣物含水量大，小的偏置就会产生撞桶，此时的平衡处理会增加洗涤过程的用水量(因为是通过再进水进行衣物平衡)，从而造成水资源的浪费。在衣物较少时，如果因为含水量大而造成撞桶再处理，则更为浪费。因此，如果开始脱水时以较低速度旋转，在脱水过程中逐渐提高转速，即在保证平衡旋转的原则下，尽量提高转速，则可以提高脱水效率。

现有技术下，使用震动开关检测撞桶。当衣物偏置导致撞桶发生时，震动开关断开，单片机检测到该震动开关断开时，就能获得发生撞桶的信息，并进行有关处理。但此方法只能解决发生撞桶的情况，对于旋转不平衡的情况，则不起作用。对于转速控制而言，该种检测方法只能提供是否发生撞桶的开关量，无法检测到旋转的不平衡现象。撞桶现象发生时，脱水速度早已过高，因此，该方法无法用来确定合适的最高转速。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供一种新的洗衣机脱水转速控制装置及其转速控制方法。这种装置和方法可以检测洗衣机内桶的旋转情况，根据检测结果确定合适的旋转速度，并尽量使其达到可能的最大转速。

本发明提供的洗衣机脱水转速控制装置，包括：

传感器，用于检测洗衣机外桶与箱体之间的距离；

单片机，用于接收所述传感器输出的检测信号，并根据该检测信号判断是否出现撞桶或偏移，以及发出转速指令；

驱动电路，用于接收所述单片机的转速指令，并根据该指令控制脱水转速。

优选地，所述传感器为霍尔位移传感器。

本发明同时提供一种洗衣机脱水转速控制的方法，该方法具体是：脱水开始后，进行如下步骤：

1)检测洗衣机外桶与箱体之间的距离信息；

2)根据洗衣机的自身参数，以及当前转速、衣物量等相关参数计算当前偏移参考值；该参考值为一个距离范围；

3)判断所述外桶与箱体之间的距离是否在所述当前偏移参考值范围内，若是，则进入步骤4)；若否，则进入步骤5)；

4)提高转速；

5)降低转速。

优选地，所述步骤1)检测洗衣机外桶与箱体之间的距离信息的方法是，洗衣机内桶旋转时，根据所获得的检测信号，确定检测信号变化一个周期的极大值点，并将该极大值点的检测信号值作为所述外桶与箱体之间距离的检测值。

优选地，所述步骤3)之前，还包括根据所述检测信息判断是否出现撞桶；若是，则进入撞桶判断以及处理流程；若否，则进入所述步骤3)。

优选地，所述偏移参考值的下限为：中心值-K×(M/m)×2ⁿ×(V0/V)；所述偏移参考值的上限为：中心值+K×(M/m)×2ⁿ×(V0/V)；所述中心值为内桶与外桶之间距离的中心值；所述K为经验常数，经试验获得。

优选地，所述步骤4)提高转速之前，进行下述判断：是否有一定时间内从所在转速档提高转速的记录；若是，则继续在本档速度脱水；若否，则进入步骤4)；所述一定时间，是一个预定的时间。

优选地，所述步骤4)之后进一步包括判断是否达到最高转速档，若是，则脱水至结束；若否，则返回步骤1)。

优选地，执行所述步骤5)之前，先判断是否已经在短时间内连续第二次降低转速；若是，则进行撞桶处理；若否，则进入步骤5)；所述短时间内连续第二次降低转速，是指在一预定时间内，第二次降低转速，并且在这段时间内，没有提高过转速。

优选地，所述步骤执行完毕后，返回所述步骤1)。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果。

首先，本发明提供的脱水转速控制装置和方法，利用变频洗衣机可以控制转速的功能，实现根据脱水情况调整脱水速度。由于可以在保证旋转平衡的情况下，获得尽可能高的脱水速度，尤其是可以根据脱水情况，以及负载的变化，对转速进行自适应调节。因此，本发明提供的装置和方法可以提高脱水效率，实现更好的脱水效果。

其次，本发明提供的装置和方法，可以准确检测脱水中出现的异常情况，并进行处理，使其不影响正常脱水。由于采用了位移传感器(如霍尔位移传感器)作为检测元件，本发明提供的装置和方法，可以检测外桶与箱体之间的距离，当脱水过程中出现的撞桶和偏移时，可以进行有效的处理。而现有技术下，对于脱水中外桶的偏移无法检测。

附图说明

图1是现有技术下使用震动开关检测撞桶现象发生的电路；

图2是本发明第一实施例的电路图；

图3是本发明第一实施例霍尔位移传感器安装位置的示意图；

图4是本发明第一实施例的检测方法流程图；

图5是本发明第二实施例的电路图；

图6是本发明第三实施例的电路图。

具体实施方式

请参看图1，为现有技术下检测撞桶现象发生的电路。图中，震动开关S10一端连接电源Vcc，另一端通过电阻R10连接单片机输入端口A。所述开关R10的作用是保护单片机的输入端口。与所述震动开关S10并联的C10用于过滤震动开关S10两侧的高频干扰，另外电容C11连接单片机输入端口A与电源地之间，起到滤波的作用。撞桶现象发生时，外桶底部与箱体碰撞，外桶上端碰到震动开关S10而断开，单片机通过输入端口A检测到S10断开，判断发生撞桶现象，即可进行有关的处理。

上述电路无法检测内桶旋转的不平衡情况，只能提供是否发生撞桶的开关量，因此，无法用于转速控制。

请参看图2，为本发明提供的洗衣机脱水转速控制装置的电路图。该电路以单片机为核心控制单元，包括检测电路和驱动电路。所述驱动电路用于驱动电动机输出合适的转速。对于变频调速的电动机而言，就是由单片机根据转速的要求，向逆变驱动电路输出指令，使变频调速器控制电动机以合适的转速旋转。本发明提供的转速控制装置解决的技术问题在于检测内桶的旋转情况，并根据该旋转情况控制转速达到可能的最高值。所述驱动电路的作用在于，接收单片机的转速指令，并根据该指令驱动电动机。该驱动电路的具体情况对本发明没有影响，因此，此处仅对检测电路以及单片机内部进行转速控制的方法作出说明。

所述检测电路采用霍尔位移传感器检测外桶与箱体之间的距离，并将检测结果输入到单片机，单片机据此输出合适的转速指令。应当说明的是，该检测电路也可以采用其它类型的传感器，例如，电感式位移传感器、电容式位移传感器、电阻式位移传感器，只要能够检测外桶与箱体间的距离即可。

所述霍尔位移传感器H具有三个端子，即端子1、端子2、端子3。端子1为电源端，连接电源Vcc。端子2为接地端，连接电源地。所述端子1与端子2之间接有稳压二极管D1，其阴极连接电源Vcc，阳极连接电源地。该稳压二极管的作用在于确保霍尔位移传感器H的供电符合元件的电压要求。此外，所述端子1与端子2之间，还接有电容C1，该电容的作用是滤去可能出现的高频干扰，使霍尔位移传感器H工作在稳定的电压状态。所述端子3为霍尔位移传感器H的信号输出端，当霍尔位移传感器H检测范围内出现磁场(如附近有磁铁等)时，该端子3输出电压。该电压与磁场强度的大小成正比，当其它条件一定时，该输出电压与所述磁性元件和霍尔位移传感器H间的距离负相关。磁性元件距离霍尔位移传感器H越近，则该输出电压值越高。端子3通过电阻R1连接到单片机输入端口A。该输入端口A为单片机的AD转换端口，所述端子3的电压值输入到该端口，经过AD转换，成为数字值，被单片机的处理器接收。所述电阻R1的作用是作为输入电阻，保护单片机的输入端口A。此外，电阻R1的两端分别连接有电容C2、电容C3，这两个电容的另一端均连接电源地。上述两个电容的作用在于滤去信号输出时可能包含的高频干扰。

图3示出所述霍尔位移传感器的安装位置。霍尔位移传感器31(即图2中的霍尔位移传感器H)安装于洗衣机的箱体33内壁，同时，在洗衣机外桶34外壁上，在高度接近的位置装有磁铁32，考虑到内桶旋转时外桶可能偏离垂直位置的情况，磁铁位置与霍尔位移传感器位置不安装在同一水平位置，而是比所述霍尔元件31的位置略高，具体位置应当使霍尔位移传感器31能够最灵敏的检测到磁铁32与该霍尔位移传感器31之间的距离。同时，磁铁32的面积大小与磁场强度与所述霍尔位移传感器31的要求相匹配。所述霍尔位移传感器31与所述磁铁32之间的距离在霍尔位移传感器31的有效检测范围内。图中还示出电机及离合部件35。

请参看图4，为本实施例的转速控制方法的流程图，使用本实施例提供的装置进行转速控制的方法包括如下步骤。

步骤S401，开始。

此时，内桶以预设的初始速度开始旋转，所述霍尔位移传感器开始检测。撞桶计数器清零，撞桶计数器的作用见后叙。

步骤S402，读取A点电压的AD转换值，并确定周期极大值点的值，将该值作为检测值。

所述A点电压取自霍尔位移传感器检测端，当在检测范围内时，该电压的高低与所述磁铁与霍尔位移传感器的距离负相关。该电压经过模数转换，获得的数值可以反映外桶与箱体之间的距离。

在脱水过程中，当内桶在电机的驱动下旋转后，内桶旋转一周，霍尔位移传感器的输出电压随所述磁铁与其距离的变化而变化一个周期。每个周期中输出信号的极大值点就是所述霍尔位移传感器与所述磁铁距离最近时的检测值，该极大值即作为该周期的检测值。

不断读取从A点输入信号转换连续获得的数值，比较所述数值，找出数值逐渐变大，又逐渐变小的分界点，该点即为所述极大值点，将该点作为本周期的检测值。

步骤S403，判断所述检测值是否超范围；若是，则进入步骤S404；若否，则进入步骤S405。

所述数值范围是指霍尔位移传感器检测端可能产生的检测电压，经过模数转换后的数值范围。由于单片机接收到的输入电压可能存在干扰，因此，应该将明显不合理的数值剔除。

步骤S404，判断所获取的检测值无效，返回步骤S402。

此步骤用于排除明显不合理的检测值，不将其用于撞桶判断。

步骤S405，根据所述检测值，判断是否出现撞桶。若是，则进入步骤S406；若否，则进入步骤S409；。

正常脱水时，外桶与箱体之间的距离在一定范围内，该距离对应于所述获得的检测值的一定范围。当运转不正常导致撞桶时，外桶与箱体之间的距离将出现时远时近的情况。因此可以根据实验设置一个合适的数值范围，当所述检测值不在该范围内，则判断出现撞桶。

步骤S406，撞桶计数器加1。

在脱水时，内桶可能有短暂的不平衡，发生若干次撞桶现象是正常的，应将此种情况排除。为此，设置一个撞桶计数器，用于统计出现撞桶现象的次数，当该次数超过一预定值时，作为异常情况进行处理。该撞桶计数器在步骤S401已经清零，以后每次出现撞桶的情况时，该计数器加1。

步骤S407，判断撞桶次数是否超过预定值。若是，则进入步骤S408；若否，则返回步骤S402。

读取所述撞桶计数器的计数值，将其与所述预定值比较。根据比较结果，作相应处理。

为了更为准确的判断撞桶现象，也可以以单位时间内的撞桶次数作为判断依据。例如设置一个计时器，当撞桶计数器的数值达到20次时，读取计时器的值，如果20次异常情况的出现的时间在1秒以内，则进入步骤S408；否则，将撞桶计数器清零后，返回步骤S402。采取这种计时方法，可以避免偶尔出现的异常情况不断累加，造成错误的判断。

步骤S408，进行撞桶处理。

出现撞桶时，可以采取多种措施。例如：产生报警信号，并停止脱水，由使用者进行手工处理，也可以立即停止对内桶的驱动，延时数秒后，固定内桶，进水到盖住衣物，内桶先慢速转动使衣物松散，然后排水。通过上述操作，使衣物获得平衡，然后继续脱水或漂洗。处理结束后，返回步骤S402。

步骤S409，获得当前的偏移参考值。

所述偏移参考值，是指内桶正常旋转时，外桶与箱体之间距离的范围，该范围直接采用所述霍尔位移传感器的测量值相同的单位。

该偏移参考值是一个数值范围，包括上限和下限，在该限度范围内，则认为内桶旋转正常；如果超出了此范围，则认为发生了偏移。所述上限、下限自身也是一个具有正负偏差的数值范围，所述正负偏差可以使判断具有一定的误差范围，避免测量误差或其它偶尔因素造成的错误判断。进行判断时，根据开始是正常旋转，还是已经出现偏移，考虑所述上下限，确定作为判断依据的正常值范围。为说明如何进行判断，下面举例说明。

例如，数值3-10为偏移参考值的上下限范围。同时，上限和下限都有0.5的上下偏差范围。则当内桶开始处于正常旋转状态时，出现测量值小于2.5或大于10.5时，认为内桶由正常旋状态变为产生了偏移。相反，内桶处于偏移状态时，经过调整，如果测量值变化为介于3.5到9.5之间，则认为内桶旋转恢复了正常。

所述偏移参考值与当前衣物量、当前旋转速度、洗衣机额定最大衣物量、洗衣机脱水的设定最高速度等相关，该数值还与洗衣机本身的机械特性等相关。该数值可以以实验和经验公式相结合获得，并将对应于不同转速和衣物量的偏移参考值作出一张表，存储在单片机中。需要获得当前洗衣机运转状况的偏移参考值时，可以通过查表以及结合经验公式的校正，得到当前的偏移参考值。

以下是所述经验公式的一个例子。

当所述检测值与中心值偏差量＜K×(M/m)×2ⁿ×(V0/V)时，则为正常旋转；否则，则为发生偏移。

也就是说，所述偏移参考值的下限为：中心值-K×(M/m)×2ⁿ×(V0/V)；所述偏移参考值的上限为：中心值+K×(M/m)×2ⁿ×(V0/V)。如上所述，所述的上限、下限本身还也是一个数值范围，具体是以上述确定的上限值、下限值为中心，取合适的误差范围确定。

式中：

K：为系数，是一个经验常数；该经验常数可以根据实验获得。该经验常数对于不同型号的洗衣机，以及不同区段的转速、负载量会有不同的数值；对于某一型号的洗衣机，可以根据转速、负载量的不同区段，试验获得相应的K值，该值应该能够保证计算结果在可以接收的误差内，否则，应对所述转速、负载量的区段作进一步的细分；

M：为洗衣机额定最大洗衣量；

m：为当前负载量，包括衣物量，以及衣物所包含的水份量；

n：为AD转换的位数；

V0：为洗衣机脱水设定的最高转速；

V：为当前的转速。

例如，外桶与箱体之间的距离中心值为霍尔元件测量值6.5，则可以根据实验并结合此公式获得中心值偏差量，例如为3.5，则将3-10作为所述偏移参考值的上下限范围。

实际脱水时，可以从反馈电路获得所述转速V；可以通过测量电动机的电流量来获得所述当前负载量m，确定V和m后，即可通过单片机内存储的数据表，以及经验公式获得当前状况下的偏移参考值。

步骤S410，判断是否发生偏移。若是，则进入步骤S411；若否，则进入步骤S413。

判断是否发生偏移，就是将所述步骤S402读取的检测值，与所述步骤S409计算获得的当前偏移参考值进行比较。具体的比较方法在步骤S409对偏移参考值的说明中已经说明，此处不再赘述。

脱水转速分为若干档(例如10档)。所述脱水速度选择，就是选择转速档。当开始脱水时，由于负载中包括水分较多，因此，以相对较低的转速旋转，例如，以3档速度脱水。以后根据实际的偏移值判断，进行脱水转速的选择。

步骤S411，判断是否已连续两次要求降低转速；若是，则进入步骤S408；若否，则进入步骤S412。

对于同样的衣物放置不均匀的情况，内桶旋转速度越高，则旋转不平衡的情况就越明显。因此，出现偏移时，降低内桶旋转速度，可能解决旋转不平衡的问题，提高脱水效率。

但是如果两次降低转速不能解决问题，则说明无法通过降低转速解决旋转不平衡问题，此时，应该作为撞桶处理。

为进行所述降低转速次数的判断，设置有转速计数器，每降低一次转速，减速计数器加1；如果该计数器的计数值等于2，并且第一次降低转速与此次发生偏移的时间在很短的时间内(例如10秒)，并且这段时间内没有提高过转速，则认为出现连续两次要求降低转速的情况。

步骤S412，降低1档转速。

由于发生偏移可能仅仅是由于转速过高，因此，可以降低转速，以便获得平衡的旋转。

步骤S413，查询在当前转速下，是否在短时间内已经提高过转速。若是，则进入步骤S416；若否，则进入步骤S414。

如果在当前转速下，满足提高转速的条件，但提高转速后立即出现偏移，又降低转速到当前速度，则说明当前转速是目前情况下不出现偏移的最高转速，因此应该维持本档转速一段时间，不再提高转速。直到在此转速下一定时间后，由于衣物水分减少，对于旋转不平衡的影响减少，方可继续提高转速。

具体判断方法，是查询单片机中提高转速的纪录，根据提高之前所在的速度档和提高转速的时间，获得是否曾从本档转速提速以及提速的时间的信息。所述“短时间”是一个预先确定的时间量，在该时间以内，则认为属于“短时间”。

步骤S414，提高1档转速。

由于内桶旋转速度越高，脱水效果越好。在未发生偏移的情况下，可以提高转速，提高脱水效果。该步骤的作用在于，在允许的情况下，尽可能加快内桶的旋转速度。

步骤S415，判断是否达到洗衣机最高转速。若是，则进入步骤S417；若否，返回步骤S402。

脱水转速受到洗衣机最高转速的限制，因此，一旦达到该最高转速，就不必再进行偏移值的检测以及判断。

步骤S416，维持本档转速一定时间。时间到后，返回步骤S402。

可以设置所述维持本档转速的时间，例如1分钟。该时间也可以不是定值，例如由于开始脱水比较容易，负载变化较大，可以设置较短的维持本档转速时间；相反，脱水一段时间后，脱水比较困难，负载变化较小，因此可以设置较长的维持本档转速时间。

步骤S417，脱水到结束。

本发明的基本思路是：利用传感器，检测外桶的偏转情况。根据检测情况，在保证平衡旋转的情况下，以尽可能高的脱水转速进行脱水。如果出现撞桶情况，则进行撞桶处理；如果仅仅出现偏移，则通过降低转速的方法来恢复旋转平衡。使用上述方法进行脱水转速控制时，能够实现根据脱水情况逐渐提高转速的效果。这是由于，初始启动时，由于衣物含水量大，容易出现旋转不平衡的情况，此时转速会较缓慢；逐渐脱水后，根据检测结果，逐渐提高转速。上述控制过程还可以减少撞桶发生以及减少不必要的撞桶处理，保护机械部件，更可以提高脱水效率，使脱水更为彻底。

请参看图5，为本发明第二实施例的电路图。与第一实施例不同之处在于，该实施例的电路中，霍尔位移传感器的信号端与接地端之间未接电容。在信号端高频干扰较少时，可以采用此种电路。该实施例的脱水转速控制方法与第一实施例相同。

请参看图6，为本发明第三实施例的电路图。与第一实施例不同，该实施例的电路中，所述霍尔位移传感器的电源端与接地端之间未连接稳压二极管。在电源稳定的情况下，可以采用此种电路。该实施例的脱水转速控制方法与第一实施例相同。

应当说明，对于本发明的脱水转速控制装置以及方法而言，检测电路的作用是检测外桶与箱体间的距离。虽然本发明的实施例中以霍尔位移传感器为例，但使用其它类型的位移传感器也是可行的。对本发明提供的检测方法而言，使用何种传感器不会对该控制方法的各个步骤产生影响。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1、一种洗衣机脱水转速控制装置，其特征在于，包括：

传感器，用于检测洗衣机外桶与箱体之间的距离；

单片机，用于接收所述传感器输出的检测信号，并根据该检测信号判断是否出现撞桶或偏移，以及发出转速指令；

驱动电路，用于接收所述单片机的转速指令，并根据该指令控制脱水转速。

2、根据权利要求1所述的洗衣机脱水转速控制装置，其特征在于，所述传感器为霍尔位移传感器。

3、一种洗衣机脱水转速控制的方法，其特征在于，脱水开始后，进行如下步骤：

1)检测洗衣机外桶与箱体之间的距离信息；

2)根据洗衣机的自身参数，以及当前转速、衣物量等相关参数计算当前偏移参考值；该参考值为一个距离范围；

3)判断所述外桶与箱体之间的距离是否在所述当前偏移参考值范围内，若是，则进入步骤4)；若否，则进入步骤5)；

4)提高转速；

5)降低转速。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤1)检测洗衣机外桶与箱体之间的距离信息的方法是，洗衣机内桶旋转时，根据所获得的检测信号，确定检测信号变化一个周期的极大值点，并将该极大值点的检测信号值作为所述外桶与箱体之间距离的检测值。

5、根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述步骤3)之前，还包括根据所述检测信息判断是否出现撞桶；若是，则进入撞桶判断以及处理流程；若否，则进入所述步骤3)。

6、根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述偏移参考值的下限为：中心值-K×(M/m)×2ⁿ×(V0/V)；所述偏移参考值的上限为：中心值+K×(M/m)×2ⁿ×(V0/V)；所述中心值为内桶与外桶之间距离的中心值；所述K为经验常数，经试验获得。

7、根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述步骤4)提高转速之前，进行下述判断：是否有一定时间内从所在转速档提高转速的记录；若是，则继续在本档速度脱水；若否，则进入步骤4)；所述一定时间，是一个预定的时间。

8、根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述步骤4)之后进一步包括判断是否达到最高转速档，若是，则脱水至结束；若否，则返回步骤1)。

9、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，执行所述步骤5)之前，先判断是否已经在短时间内连续第二次降低转速；若是，则进行撞桶处理；若否，则进入步骤5)；所述短时间内连续第二次降低转速，是指在一预定时间内，第二次降低转速，并且在这段时间内，没有提高过转速。

10、根据权利要求3、4或9任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤执行完毕后，返回所述步骤1)。

Images